Química de Joseleg La Materia: 22. Estequiometría de composición | 🎱 El átomo químico

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La estequiometría de composición hace referencia a situaciones en las que no necesitamos conocer los números estequiométricos de una ecuación química balanceada para resolver el cálculo. Recuerde que la información clave que emerge de una ecuación química son los números estequiométricos, sin embargo, en la estequiometría de composición podemos usar los subíndices de los elementos como un reemplazo para hacer los cálculos de masa. Dichos subíndices están relacionados con las cantidades de sustancia del elemento y el compuesto a través de la interpretación molecular de la ley de Proust.

Modificaciones a la ley de proporciones definidas

En secciones anteriores vimos algunas modificaciones a la ley de las proporciones definidas entre un solo elemento y el compuesto, sin embargo también podemos encontrarnos con situaciones que requieren analizar dos elementos en el mismo compuesto.

DEMOSTRACIÓN. Obtenga fórmulas para poder calcular las cantidades de sustancia y masas de dos elementos al interior de un mismo compuesto.

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Muestra 3.13. El ácido ascórbico (vitamina C) contiene 40.92 % de C, 4.58 % de H y 54.50 % de O en masa. ¿Cuál es la fórmula empírica del ácido ascórbico?

Práctica 3.13.1. Una muestra de 2.144 g de fosgeno, un compuesto utilizado como agente de guerra química durante la Primera Guerra Mundial, contiene 0.260 g de carbono, 0.347 g de oxígeno y 1.537 g de cloro. ¿Cuál es la fórmula empírica de esta sustancia? (a) CO₂Cl₆, (b) COCl₂, (c) C_0.022O_0.022Cl_0.044, (d) C₂OCl₂

Práctica 3.13.2. Una muestra de 5.325 g de benzoato de metilo, un compuesto utilizado en la fabricación de perfumes, contiene 3.758 g de carbono, 0.316 g de hidrógeno y 1.251 g de oxígeno. ¿Cuál es la fórmula empírica de esta sustancia?

Análisis de combustión

El análisis de combustión es un método utilizado tanto en química orgánica como en química analítica para determinar la composición elemental (más precisamente, la fórmula empírica) de un compuesto orgánico puro mediante la combustión de la muestra en condiciones en las que los productos de combustión resultantes pueden analizarse cuantitativamente. Una vez que se ha determinado el número de moles de cada producto de combustión, se puede calcular la fórmula empírica o una fórmula empírica parcial del compuesto original.

Las aplicaciones para el análisis de combustión involucran solo los elementos de carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N) y azufre (S) ya que la combustión de los materiales que los contienen convierten estos elementos en su forma oxidada (CO₂, H₂O, NO o NO₂, y SO₂) en condiciones de alta temperatura y alto oxígeno. Los intereses notables para estos elementos implican medir el nitrógeno total en los alimentos o piensos para determinar el porcentaje de proteína, medir el azufre en los productos derivados del petróleo o medir el carbono orgánico total (TOC) en el agua.

El método fue inventado por Joseph Louis Gay-Lussac. Justus von Liebig estudió el método mientras trabajaba con Gay-Lussac entre 1822 y 1824 y mejoró el método en los años siguientes a un nivel que podría usarse como procedimiento estándar para el análisis orgánico.

Las fórmulas empíricas y moleculares para compuestos que contienen solo carbono e hidrógeno (C_aH_b) o carbono, hidrógeno y oxígeno (C_aH_bO_c) se pueden determinar con un proceso llamado análisis de combustión. Pese una muestra del compuesto a analizar y colóquelo en el aparato que se muestra en la imagen a continuación.

Figura 22‑1. Aparato para análisis de combustión. Un compuesto que contiene carbono e hidrógeno (C_aH_b) o carbono, hidrógeno y oxígeno (C_aH_bO_c) se quema por completo para formar H₂O y CO₂. Los productos se dibujan a través de dos tubos. El primer tubo absorbe agua y el segundo tubo absorbe dióxido de carbono.

Quema el compuesto completamente. Los únicos productos de la combustión de un compuesto que contiene solo carbono e hidrógeno (C_aH_b) o carbono, hidrógeno y oxígeno (C_aH_bO_c) son dióxido de carbono y agua. El H₂O y el CO₂ se extraen a través de dos tubos. Un tubo contiene una sustancia que absorbe agua y el otro contiene una sustancia que absorbe dióxido de carbono. Pese cada uno de estos tubos antes y después de la combustión. El aumento de masa en el primer tubo es la masa de H₂O que se formó en la combustión, y el aumento de masa para el segundo tubo es la masa de CO₂ formada.

Para el modelo matemático del análisis de combustión debemos tener en cuenta que no necesitamos la ecuación química balanceada, lo que si vamos a necesitar es la ley de las proporciones definidas interpretada molecularmente.

DEMOSTRACION. Demostrar las fórmulas que permitan calcular el subíndice de un elemento reactivo que se quema en un análisis de combustión y expréselas para cantidad de sustancia, masas, volúmenes de gas en STP y volúmenes de gas para cualquier condición.

En caso de que el ejercicio no proporcione la masa molar del reactivo M_r asuma una masa de 100 g/mol, los subíndices generados deberán dividirse por aquel de menor valor, con lo que obtendremos los subíndices de la fórmula empírica.

Ejemplo. Se quemaron 12.915 g de una sustancia bioquímica que contenía solo carbono, hidrógeno y oxígeno en una atmósfera de exceso de oxígeno. El análisis posterior del resultado gaseoso produjo 18.942 g de dióxido de carbono y 7.749 g de agua. Determine la fórmula empírica de la sustancia.

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Ejemplo 9. Al quemar 11.2 ml (medidos en STP) de un gas que se sabe que solo contiene carbono e hidrógeno, obtuvimos 44.0 mg de CO₂ y 0.0270 g de H₂O. Encuentra la fórmula molecular del gas.

Ejemplo 10. Una muestra de 6.20 g de un compuesto desconocido que contiene solo C, H y O se quema en un ambiente rico en oxígeno. Cuando los productos se han enfriado a 20.0 ° C a 1 bar, hay 8.09 L de CO₂ y 3.99 mL de H₂O. La densidad del agua a 20.0 ° C es 0.998 g / mL. Calcular la fórmula molecular y la fórmula empírica si la masa molar del reactivo clave es 168.2 g/mol.

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Ejercicio 1.9. La fórmula empírica en la que por cada 1,12 g de nitrógeno entran 0,12 moles de oxígeno atómico (at-gr) es. (a) N₂O₅ (b) N₂O₃ (c) NO (d) NO₂ (e) N₂O

Ejercicio 1.18. 3,01 x 10²³ átomos del elemento A se combinan con 16 g de oxígeno. La fórmula del compuesto será: (a) AO, (b) A₂O₃, (c) A₂O₅, (d) AO₂, (e) A₂O.

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Ejemplo 3.11. Una muestra de un compuesto contiene 1.52 g de nitrógeno (N) y 3.47 g de oxígeno (O). La masa molar de este compuesto está entre 90 g y 95 g. Determine la fórmula molecular y la masa molar exacta del compuesto.

Problema 5.50 Un compuesto tiene la fórmula empírica SF₄. A 20 °C, 0.100 g del compuesto gaseoso ocupa un volumen de 22.1 mL y ejerce una presión de 1.02 atm. ¿Cuál es la fórmula molecular del gas?

Problema 5.55. Se analizó un compuesto de P y F como sigue: Calentar 0.2324 g del compuesto en un recipiente de 378 cm3 lo convirtió todo en gas, que tenía una presión de 97.3 mmHg a 77ºC. Luego, el gas se mezcló con una solución de cloruro de calcio, que convirtió todo el F en 0.2631 g de CaF₂. Determinar la fórmula molecular del compuesto.

Problema 5.56. Una cantidad de 0.225 g de un metal M (masa molar = 27.0 g / mol) liberó 0.303 L de hidrógeno molecular (medido a 17 ° C y 741 mmHg) a partir de un exceso de ácido clorhídrico. Deduzca de estos datos la ecuación correspondiente y escriba fórmulas para el óxido y el sulfato de M.

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Muestra 3.15. El alcohol isopropílico, que se vende como alcohol isopropílico, se compone de C, H y O. La combustión de 0.255 g de alcohol isopropílico produce 0.561 g de CO₂ y 0.306 g de H₂O. Determine la fórmula empírica del alcohol isopropílico.

Práctica 3.15.1. El compuesto dioxano, que se utiliza como disolvente en varios procesos industriales, está formado por átomos de C, H y O. La combustión de una muestra de 2.203 g de este compuesto produce 4.401 g de CO₂ y 1.802 g de H₂O. Un experimento separado muestra que tiene una masa molar de 88.1 g/mol. ¿Cuál de las siguientes es la fórmula molecular correcta para el dioxano? (a) C₂H₄O, (b) C₄H₄O₂, (c) CH₂, (d) C₄H₈O₂

Práctica 3.15.2. (a) El ácido caproico, responsable del olor de los calcetines sucios, se compone de átomos de C, H y O. La combustión de una muestra de 0.225 g de este compuesto produce 0.512 g de CO₂ y 0.209 g de H₂O. ¿Cuál es la fórmula empírica del ácido caproico? (b) El ácido caproico tiene una masa molar de 116 g/mol. ¿Cuál es su fórmula molecular?

Ejercicio 3.55a. El análisis de combustión del tolueno, un solvente orgánico común, da 5.86 mg de CO₂ y 1.37 mg de H₂O. Si el compuesto contiene solo carbono e hidrógeno, ¿cuál es su fórmula empírica?

Ejercicio 3.55b. El mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas para la tos mentoladas, está compuesta de C, H y O. Se quema una muestra de mentol de 0.1005 g, lo que produce 0.2829 g de CO₂ y 0.1159 g de H₂O. ¿Cuál es la fórmula empírica del mentol? Si el mentol tiene una masa molar de 156 g/mol, ¿cuál es su fórmula molecular?

Ejercicio 3.56a. El olor característico de la piña se debe al butirato de etilo, un compuesto que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno. La combustión de 2.78 mg de butirato de etilo produce 6.32 mg de CO2 y 2.58 mg de H₂O. ¿Cuál es la formula empírica del compuesto?

Ejercicio 3.56b. La nicotina, un componente del tabaco, está compuesta de C, H y N. Se quemó una muestra de 5.250 mg de nicotina, produciendo 14.242 mg de CO₂ y 4.083 mg de H₂O. ¿Cuál es la fórmula empírica de la nicotina? Si la nicotina tiene una masa molar de 160±5 g/mol, ¿cuál es su fórmula molecular?

Ejercicio 3.57. El ácido valproico, que se usa para tratar las convulsiones y el trastorno bipolar, está compuesto de C, H y O. Se quema una muestra de 0.165 g en un aparato de detección. La ganancia de masa del absorbente de H₂O es de 0.166 g, mientras que la del absorbente de CO₂ es de 0.403 g. ¿Cuál es la fórmula empírica del ácido valproico? Si la masa molar es 144 g/mol, ¿cuál es la fórmula molecular?

Ejercicio 3.58. El ácido propenoico es un líquido orgánico reactivo que se utiliza en la fabricación de plásticos, revestimientos y adhesivos. Se cree que un recipiente sin etiqueta contiene este ácido. Una muestra de 0.2033 g se quema en un aparato de detección. La ganancia de masa del absorbente de H₂O es de 0.102 g, mientras que la del absorbente de CO₂ es de 0.374 g. ¿Cuál es la fórmula empírica del ácido propenoico?

Análisis de composición porcentual

DEMOSTRACION: Simplificar la ecuación de análisis de combustión masa a masa para poder hacer un análisis de composición porcentual.

Ejemplo. Se sabe que un compuesto químico contiene 52.14% de carbono, 13.13% de hidrógeno y 34.73% de oxígeno. También se conoce la masa molar de la sustancia química; es 46.069 g mol^{− 1}.

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Ejercicio 1.15 Un compuesto de hierro y oxígeno contiene 70% del metal, determinar la fórmula correcta: (a) FeO, (b) Fe₃O₄, (c) FeO₂, (d) Fe₂O₃.

Ejercicio 1.16. Determinar la fórmula empírica de un compuesto de Na 42,08%, P 18,98 %, y O 39,03%. (a) NaPO₂, (b) Na₂PO₃, (c) Na₃PO₄, (d) NaPO₃, (e) Na₄P₂O₇.

Ejercicio 1.25. Un óxido de manganeso contiene 63,2% de metal. Hallar su fórmula empírica.

Ejercicio 7.31. Un hidrocarburo contiene 82,76% de carbono y 17,24% de hidrógeno. Si su densidad a C.N. es de 2,59 g/L, hallar la fórmula molecular.

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Ejemplo 3.9. El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto. Está compuesto por 40.92 por ciento de carbono (C), 4.58 por ciento de hidrógeno (H) y 54.50 por ciento de oxígeno (O) en masa. Determine su fórmula empírica.

Práctica 3.9. Determinar la fórmula empírica de un compuesto que tiene la siguiente composición porcentual en masa: K: 24.75 por ciento; Mn: 34.77 por ciento; O: 40.51 por ciento.

Problema 3.43. La alicina es el compuesto responsable del olor característico del ajo. Un análisis del compuesto arroja los siguientes porcentajes de composición en masa: C: 44.4 por ciento; H: 6.21 por ciento; S: 39.5 por ciento; O: 9.86 por ciento. (a) Calcular su fórmula empírica. (b) Cual es la fórmula molecular si la masa molar es 162 g?

Problema 3.44. El peroxiacilnitrato (PAN) es uno de los componentes del smog. Está compuesto por C, H, N, y O. Determinar la composición porcentual del oxígeno y la fórmula empírica a partir de la siguiente composición porcentual en masa: 19.8 por ciento de C, 2.50 por ciento de H, 11.6 por ciento de N. Determinar la fórmula molecular si la masa molar es cerca de 120 g?

Problema 3.49a. Cual es la fórmula empírica de 2.1 porciento de H, 65.3 por ciento de O, 32.6 porciento de S.

Problema 3.49b. Cual es la fórmula empírica de 20.2 porciento de Al, 79.8 por ciento de Cl.

Problema 3.50a. Cual es la fórmula empírica de 40.1 porciento de C, 6.6 por ciento de H y 53.3 por ciento de O.

Problema 3.50b. Cual es la fórmula empírica de 18.4 porciento de C, 21.5 por ciento de N y 60.1 por ciento de K.

Problema 3.54. Se ha culpado al glutamato monosódico (MSG), un potenciador del sabor de los alimentos, por el "síndrome del restaurante chino", cuyos síntomas son dolores de cabeza y dolores de pecho. MSG tiene la siguiente composición en masa: 35.51 por ciento de C, 4.77 por ciento de H, 37.85 por ciento de O, 8.29 por ciento de N y 13.60 por ciento de Na. ¿Cuál es su fórmula molecular si su masa molar es de aproximadamente 169 g?

Problema 5.49 Cierto anestésico contiene 64.9 por ciento de C, 13.5 por ciento de H y 21.6 por ciento de O en masa. A 120 ° C y 750 mmHg, 1.00 L del compuesto gaseoso pesa 2.30 g. ¿Cuál es la fórmula molecular del compuesto?

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Práctica 3.14.1. El ciclohexano, un solvente orgánico de uso común, tiene 85.6 % de C y 14.4 % de H en masa con una masa molar de 84.2 g/mol. ¿Cuál es su fórmula molecular? (a) C₆H, (b) CH₂, (c) C₅H₂₄, (d) C₆H₁₂, (e) C₄H₈.

Práctica 3.14.2. El etilenglicol, que se usa en los anticongelantes para automóviles, tiene un 38.7 % de C, un 9.7 % de H y un 51.6 % de O en masa. Su masa molar es de 62.1 g/mol. (a) ¿Cuál es la fórmula empírica del etilenglicol? (b) ¿Cuál es su fórmula molecular?

Ejercicio 3.45a. Dé la fórmula empírica: 0,0130 mol C; 0,0390 mol H; y 0.0065 mol O.

Ejercicio 3.45b. Dé la fórmula empírica de 11.66 g de hierro y 5.01 g de oxígeno.

Ejercicio 3.45c. Dé la fórmula empírica de 40.0% C, 6.7% H y 53.3% O en masa.

Ejercicio 3.46a. Determine la fórmula empírica de 0,104 mol K; 0,052 mol C; y 0,156 mol O.

Ejercicio 3.46b. Determine la fórmula empírica de 5,28 g de Sn y 3,37 g de F.

Ejercicio 3.46c. Determine la fórmula empírica de 87.5% de N y 12.5% de H en masa.

Ejercicio 3.47a. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 10.4% C; 27.8% S; y 61.7% Cl.

Ejercicio 3.47b. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 21,7% C; 9,6% O; y 68,7% F .

Ejercicio 3.47c. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 32,79% Na; 13,02% Al; y el resto F .

Ejercicio 3.48a. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 55,3% K; 14,6% P; y 30,1% O .

Ejercicio 3.48b. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 24,5% Na; 14,9% Si; y 60.6% F.

Ejercicio 3.48c. Determine la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 62,1% C; 5,21% H; 12,1% N; y el resto O.

Ejercicio 3.49. Un compuesto cuya fórmula empírica es XF₃ consiste en 65% de F en masa. ¿Cuál es la masa atómica de X?

Ejercicio 3.50. El compuesto XCl₄ contiene 75.0% de Cl en masa. ¿Cuál es el elemento X? R= Titanio.

Ejercicio 3.53a. El estireno, una sustancia compuesta que se usa para fabricar vasos y aislamientos de Styrofoam®, contiene 92.3% de C y 7.7% de H en masa y tiene una masa molar de 104 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular. R= CH; C₈H₈.

Ejercicio 3.53b. La cafeína, un estimulante que se encuentra en el café, contiene 49.5% de C, 5.15% de H, 28.9% de N y 16.5% de O en masa y tiene una masa molar de 195 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular. R=C₄H₅N₂O, C₈H₁₀N₄O₂.

Ejercicio 3.53c. El glutamato monosódico (MSG), un potenciador del sabor en ciertos alimentos, contiene 35.51% C, 4.77% H, 37.85% O, 8.29% N y 13.60% Na, y tiene una masa molar de 169 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.

Ejercicio 3.54a. El ibuprofeno, un remedio para el dolor de cabeza, contiene 75,69% de C, 8,80% de H y 15,51% de O en masa, y tiene una masa molar de 206 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.

Ejercicio 3.54b. Cadaverina, una sustancia maloliente producida por la acción de las bacterias en la carne, contiene 58,55% de C, 13,81% de H y 27,40% de N en masa; su masa molar es 102.2 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.

Ejercicio 3.52c. La epinefrina (adrenalina), una hormona secretada en el torrente sanguíneo en tiempos de peligro o estrés, contiene 59.0% C, 7.1% H, 26.2% O y 7.7% N en masa; su peso molecular es de aproximadamente 180 uma. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.

Ejercicio 3.53a. Determinar las fórmulas empírica y molecular: El estireno, una sustancia compuesta que se usa para fabricar vasos y aislamiento de Styrofoam®, contiene 92.3 % de C y 7.7 % de H en masa y tiene una masa molar de 104 g/mol.

Ejercicio 3.53b. Determinar las fórmulas empírica y molecular: La cafeína, un estimulante que se encuentra en el café, contiene 49.5 % de C, 5.15 % de H, 28.9 % de N y 16.5 % de O en masa y tiene una masa molar de 195 g/mol.

Ejercicio 3.53c. Determinar las fórmulas empírica y molecular: El glutamato monosódico (MSG), un potenciador del sabor en ciertos alimentos, contiene 35.51 % C, 4.77 % H, 37.85 % O, 8.29 % N y 13.60 % Na, y tiene una masa molar de 169 g/mol.

Ejercicio 3.54a. Determinar las fórmulas empírica y molecular: El ibuprofeno, un remedio para el dolor de cabeza, contiene 75.69 % de C, 8.80 % de H y 15.51 % de O en masa, y tiene una masa molar de 206 g/mol.

Ejercicio 3.54b. Determinar las fórmulas empírica y molecular: La cadaverina, una sustancia maloliente producida por la acción de bacterias en la carne, contiene 58.55 % de C, 13.81 % de H y 27.40 % de N en masa; su masa molar es 102.2 g/mol.

Ejercicio 3.54c. Determinar las fórmulas empírica y molecular: La epinefrina (adrenalina), una hormona secretada en el torrente sanguíneo en momentos de peligro o estrés, contiene 59.0 % de C, 7.1 % de H, 26.2 % de O y 7.7 % de N en masa; su MW es de unas 180 uma.

Calculando el porcentaje de un elemento en un compuesto

DEMOSTRACION: Deducir la fórmula para calcular el porcentaje en masa de un elemento en un compuesto.

La fracción de masas para un compuesto puro es constante, pues una representación moderna de la ley de las proporciones definidas, por tal razón, si la fracción de masas medida es diferente de la fracción de masas esperada, se concluye que la muestra no es pura.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del nitrato de bario Ba(NO₃)₂.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del ácido sulfúrico H₂SO₄.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del agua H₂O.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del peróxido de hidrógeno H₂O₂ .

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del ácido nítrico HNO₃ .

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del permanganato de potasio KMnO₄ .

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del cloruro de potasio KCl.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del hipoclorito de potasio KClO.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del clorito de potasio KClO₂.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del clorato de potasio KClO₃.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del perclorato de potasio KClO₄.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal de la glucosa C₆H₁₂O₆.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del carbonato de sodio Na₂CO₃.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del bicarbonato de sodio NaHCO₃.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del hidróxido de sodio NaOH.

Ejemplo. Hallar la composición centesimal del ácido fosfórico H₃PO₄.

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Ejercicio 1.17. Analizando una muestra de la sustancia llamada clorato sódico NaClO₃, se obtuvo 31% de cloro. ¿es pura la muestra?

Ejercicio 1.19. Los elementos X y Z forman dos compuestos diferentes: El compuesto (i), 8 g de X con 18 g de Z. El compuesto (ii) X compone el 25 % y Z el 75%. Hallar la relación demostrativa de la ley ponderal correspondiente.

Ejercicio 1.26. Hallar la composición centesimal del nitrato de bario Ba(NO₃)₂

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Ejemplo 3.8. El ácido fosfórico (H3PO4) es un líquido incoloro y almibarado que se utiliza en detergentes, fertilizantes, pastas dentales y bebidas carbonatadas para obtener un sabor "picante". Calcule la composición porcentual en masa de H, P y O en este compuesto.

Práctica 3.8. Calcule la composición porcentual en masa de cada uno de los elementos en ácido sulfúrico (H2SO4).

Repaso 3.10. Sin hacer cálculos detallados, estime si la composición porcentual en masa de Sr es mayor o menor que la del O en el nitrato de estroncio [Sr(NO3)2].

Problema 3.39. El estaño (Sn) existe en la corteza terrestre como SnO2. Calcular el porcentaje de composición en masa de Sn y O en SO₂.

Problema 3.40. Por muchos años el cloroformo (CHCl₃) fue usado como un anestésico de inhalación a pesar del hecho de ser también una sustancia toxica que puede causar daños severos al hígado, riñones y corazón. Calcular el porcentaje de composición de masa de este compuesto.

Problema 3.41a. El alcohol cinámico es usado en perfumería, particularmente en jabones y cosméticos. Su fórmula molecular es C₉H₁₀O. Calcular el porcentaje de composición en masa de C H y O en el alcohol cinámico.

Problema 3.51. El agente antiácido adicionado a la sal de Morton es silicato de calcio CaSiO3. Este compuesto puede absorber hasta 2.5 veces su masa en agua y un así mantenerse como un talco. Calcular el porcentaje de composición del silicato de calcio CaSiO₃.

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Muestra 3.6. Calcula el porcentaje de carbono, hidrógeno y oxígeno (en masa) en C₁₂H₂₂O₁₁.

Práctica 3.6.1. ¿Cuál es el porcentaje de nitrógeno, en masa, en el nitrato de calcio? (a) 8.54%. (b) 17.1%. (c) 13.7%. (d) 24.4%. (e) 82.9%.

Práctica 3.6.2. Calcular el porcentaje de potasio, en masa, en K₂PtCl₆.

Ejercicio 3.5c. La glicina, un aminoácido utilizado por los organismos para fabricar proteínas, está representada por el siguiente modelo molecular. (d) Calcule el porcentaje de nitrógeno en masa en la glicina.

Ejercicio 3.25a. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la morfina, C₁₇H₁₉NO₃.

Ejercicio 3.25b. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la codeína, C₁₈H₂₁NO₃

Ejercicio 3.25c. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la cocaína, C₁₇H₂₁NO₄

Ejercicio 3.25d. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la tetraciclina, C₂₂H₂₄N₂O₈

Ejercicio 3.25e. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la digitoxina, C₄₁H₆₄O₁₃

Ejercicio 3.25f. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en la vancomicina, C₆₆H₇₅C_l2N₉O₂₄

Ejercicio 3.26a. Calcular el porcentaje en masa del carbono en acetileno, C₂H₂, gas utilizado en soldadura.

Ejercicio 3.26b. Calcular el porcentaje en masa del hidrógeno en ácido ascórbico, HC₆H₇O₆, también conocido como vitamina C.

Ejercicio 3.26c. Calcular el porcentaje en masa del hidrógeno en sulfato de amonio, (NH₄)₂SO₄, una sustancia utilizada como fertilizante nitrogenado .

Ejercicio 3.26d. Calcular el porcentaje en masa del platino en PtCl₂(NH₃)₂, un agente de quimioterapia llamado cisplatino.

Ejercicio 3.26e. Calcular el porcentaje en masa del oxígeno en la hormona sexual femenina estradiol, C₁₈H₂₄O₂.

Ejercicio 3.26f. Calcular el porcentaje en masa del carbono en capsaicina, C₁₈H₂₇NO₃, el compuesto que le da el sabor picante a los chiles.

Ejercicio 3.27a. Con base en la siguiente fórmula estructural del benzaldehido, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.27b. Con base en la siguiente fórmula estructural de la vanilina, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.27c. Con base en la siguiente fórmula estructural del acetato de isopentilo, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.28a. Con base en la siguiente fórmula estructural del dióxido de carbono, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.28b. Con base en la siguiente fórmula estructural del metanol, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.28c. Con base en la siguiente fórmula estructural del etano, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Ejercicio 3.28d. Con base en la siguiente fórmula estructural de la tiourea, calcule el porcentaje de carbono en masa.

Relación entre fórmulas moleculares y empíricas con sus masas molares

DEMOSTRACION: Deducir una fórmula que permite calcular la fórmula molecular con la fórmula empírica y la masa molar verdadera de la sustancia.

Química de Chang 10

Problema 3.52. La fórmula empírica de un compuesto es CH. Si la masa molar de este compuesto es de aproximadamente 78 g, ¿cuál es su fórmula molecular?

Problema 3.53. La masa molar de la cafeína es de 194.19 g. ¿La fórmula molecular de la cafeína es C₄H₅N₂O o C₈H₁₀N₄O₂?

Química de Chang 13

Muestra 3.14. El mesitileno, un hidrocarburo que se encuentra en el petróleo crudo, tiene una fórmula empírica de C₃H₄ y un peso molecular determinado experimentalmente de 121 uma. ¿Cuál es su fórmula molecular?

Ejercicio 3.51a. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente compuesto? fórmula empírica CH₂, masa molar = 84 g/mol.

Ejercicio 3.51b. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente compuesto? fórmula empírica NH₂Cl, masa molar = 51,5 g/mol.

Ejercicio 3.52a. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente compuesto? fórmula empírica HCO₂, masa molar = 90,0 g/mol. R= H₂C₂O₄.

Ejercicio 3.52b. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente compuesto? fórmula empírica C₂H₄O, masa molar = 88 g/mol. R= C₄H₈O₂ .

Calculando el nivel de hidratación

Cuando se preparan las sales, se puede retener algo de agua dentro de la estructura de la sal durante el proceso de cristalización, esto afecta la forma y el color del cristal. Las sales que contienen agua dentro de su estructura se denominan sales hidratadas, mientras que las sales anhidras son aquellas que no contienen agua en su estructura. Un ejemplo común es el sulfato de cobre (II) que cristaliza formando el sulfato de cobre (II) hidratado con sal, que es azul, cuando se calienta, se elimina el agua de su estructura, formando sulfato de cobre (II) anhidro, que es de color blanco, por lo que la sal hidratada se ha deshidratado para formar la sal anhidra. Esta reacción se puede revertir agregando agua al sulfato de cobre (II) anhidro.

Las moléculas de agua incluidas en la estructura de algunas sales durante el proceso de cristalización se conocen como agua de cristalización. Un compuesto que contiene agua de cristalización se llama compuesto hidratado. Al escribir la fórmula química de los compuestos hidratados, el agua de cristalización se separa de la fórmula principal por un punto, por ejemplo, el sulfato de cobre (II) hidratado es CuSO₄∙5H₂O y el cloruro de cobalto(II) hidratado es CoCl₂∙6H₂O. La fórmula muestra el número de moles de agua contenidos en un mol de sal hidratada P.ej. sulfato de cobre (II) hidratado, CuSO₄∙5H₂O, contiene 5 moles de agua en 1 mol de sal hidratada. Un compuesto que no contiene agua de cristalización se llama compuesto anhidro como el sulfato de cobre (II) anhidro es CuSO₄, el cloruro de cobalto (II) anhidro es CoCl₂. La conversión de compuestos anhidros a compuestos hidratados es reversible al calentar la sal hidratada:

👉 Sal anhidra a hidratada CuSO₄ + 5H₂O → CuSO₄∙5H₂O

👉 Hidratado a sal anhidra (por calentamiento) CuSO₄∙5H₂O → CuSO₄ + 5H₂O

DEMOSTRACIÓN: Deducir una fórmula que permita calcular el nivel de hidratación de la sal hidratada con la cantidad de sustancia o la masa de agua y sal anhidro.