Paul Flowers; Klaus Theopold; Richard Langley; William R. Robinson, PhD

3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol

1.

¿Cuál es la masa total (u) del carbono en cada una de las siguientes moléculas?

(a) CH₄

(b) CHCl₃

(c) C₁₂H₁₀O₆

(d) CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃

2.

¿Cuál es la masa total de hidrógeno en cada una de las moléculas?

(a) CH₄

(b) CHCl₃

(c) C₁₂H₁₀O₆

(d) CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃

3.

Calcule la masa molecular o la fórmula de masa de cada uno de los siguientes elementos:

(a) P₄

(b) H₂O

(c) Ca(NO₃)₂

(d) CH₃CO₂H (ácido acético)

(e) C₁₂H₂₂O₁₁ (sacarosa, azúcar de caña)

4.

Determine la masa molecular de los siguientes compuestos:

(a)

Se muestra una estructura. Un átomo de C está enlazado a dos átomos de C l y forma un doble enlace con un átomo de O.

(b)

(c)

Se muestra una estructura. Dos átomos de C forman dobles enlaces entre sí. Cada átomo de C también forma un enlace simple con un átomo de H y un átomo de B r.

(d)

Se muestra una estructura. Un átomo de S forma dobles enlaces con dos átomos de O. El átomo de S también forma un enlace simple con un átomo de O que forma un enlace simple con un átomo de H. El átomo de S también forma un enlace simple con otro átomo de O que forma un enlace simple con otro átomo de H.

5.

Determine la masa molecular de los siguientes compuestos:

(a)

Se muestra una estructura. Dos átomos de C forman dobles enlaces entre sí. El átomo de C de la izquierda forma un enlace simple con cada uno de los dos átomos de H. El átomo de C de la derecha forma un enlace simple con un átomo de H y con un grupo C H subíndice 2 C H subíndice 3.

(b)

Se muestra una estructura. Hay un átomo de C que forma enlaces simples con tres átomos de H cada uno. Este átomo de C está enlazado a otro átomo de C. Este segundo átomo de C forma un triple enlace con otro átomo de C que forma un enlace simple con un cuarto átomo de C. El cuarto átomo de C forma enlaces simples con cada uno de los tres átomos de H.

(c)

Se muestra una estructura. Un átomo de S i forma un enlace simple con un átomo de C l, un enlace simple con un átomo de C l, un enlace simple con un átomo de H y un enlace simple con otro átomo de S i. El segundo átomo de S i tiene un enlace simple con un átomo de C l, un enlace simple con un átomo de C l y un enlace simple con un átomo de H.

(d)

Se muestra una estructura. Un átomo de P forma un doble enlace con un átomo de O. También forma un enlace simple con un átomo de O que forma un enlace simple con un átomo de H. También forma un enlace simple con otro átomo de O que forma un enlace simple con un átomo de H. También forma un enlace simple con otro átomo de O que forma un enlace simple con un átomo de H.

6.

¿Qué molécula tiene una masa molecular de 28,05 u?

(a)

(b)

Se muestra una estructura. Dos átomos de C forman un doble enlace entre sí. Cada átomo de C también forma un enlace simple con dos átomos de H.

(c)

Se muestra una estructura. Un átomo de C forma un enlace simple con cada uno de los tres átomos de H y con otro átomo de C. El segundo átomo de C también forma un enlace simple con cada uno de los tres átomos de H.

7.

Escriba una frase que describa cómo determinar el número de moles de un compuesto en una masa conocida del mismo utilizando su fórmula molecular.

8.

Compare 1 mol de H₂, 1 mol de O₂, y 1 mol de F₂.

(a) ¿Cuál tiene el mayor número de moléculas? Explique por qué.

(b) ¿Cuál tiene la mayor masa? Explique por qué.

9.

¿Cuál contiene la mayor masa de oxígeno: ¿0,75 mol de etanol (C₂H₅OH), 0,60 mol de ácido fórmico (HCO₂H), o 1,0 mol de agua (H₂O)? Explique por qué.

10.

¿Cuál contiene el mayor número de moles de átomos de oxígeno: ¿1 mol de etanol (C₂H₅OH), 1 mol de ácido fórmico (HCO₂H), o 1 mol de agua (H₂O)? Explique por qué.

11.

¿En qué se parecen y en qué se diferencian la masa molecular y la masa molar de un compuesto?

12.

Calcule la masa molar de cada uno de los siguientes compuestos:

(a) fluoruro de hidrógeno, HF

(b) amoníaco, NH₃

(c) ácido nítrico, HNO₃

(d) sulfato de plata, Ag₂SO₄

(e) ácido bórico, B(OH)₃

13.

Calcule la masa molar de cada uno de los siguientes elementos:

(a) S₈

(b) C₅H₁₂

(c) Sc₂(SO₄)₃

(d) CH₃COCH₃ (acetona)

(e) C₆H₁₂O₆ (glucosa)

14.

Calcule la fórmula de masa empírica o molecular y la masa molar de cada uno de los siguientes minerales:

(a) piedra caliza, CaCO₃

(b) halita, NaCl

(c) berilo, Be₃Al₂Si₆O₁₈

(d) malaquita, Cu₂(OH)₂CO₃

(e) turquesa, CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈(H₂O)₄

15.

Calcule la masa molar de cada uno de los siguientes elementos:

(a) el anestésico halotano, C₂HBrClF₃

(b) el herbicida paraquat, C₁₂H₁₄N₂Cl₂

(c) cafeína, C₈H₁₀N₄O₂

(d) urea, CO(NH₂)₂

(e) un jabón típico, C₁₇H₃₅CO₂Na

16.

Determine el número de moles del compuesto y el número de moles de cada tipo de átomo en cada uno de los siguientes:

(a) 25,0 g de propileno, C₃H₆

(b) 3,06 $\times$ 10^-3 g del aminoácido glicina, C₂H₅NO₂

(c) 25 libras del herbicida Treflan, C₁₃H₁₆N₂O₄F (1 libra = 454 g)

(d) 0,125 kg del insecticida Paris Green, Cu₄(AsO₃)₂(CH₃CO₂)₂

(e) 325 mg de aspirina, C₆H₄(CO₂H)(CO₂CH₃)

17.

Determine la masa de cada uno de los siguientes elementos:

(a) 0,0146 mol de KOH

(b) 10,2 mol de etano, C₂H₆

(c) 1,6 $\times$ 10^-3 mol de Na₂ SO₄

(d) 6,854 $\times$ 10³ mol de glucosa, C₆ H₁₂ O₆

(e) 2,86 mol de Co(NH₃)₆Cl₃

18.

Determine el número de moles del compuesto y determine el número de moles de cada tipo de átomo en cada uno de los siguientes:

(a) 2,12 g de bromuro de potasio, KBr

(b) 0,1488 g de ácido fosfórico, H₃PO₄

(c) 23 kg de carbonato de calcio, CaCO₃

(d) 78,452 g de sulfato de aluminio, Al₂(SO₄)₃

(e) 0,1250 mg de cafeína, C₈H₁₀N₄O₂

19.

Determine la masa de cada uno de los siguientes elementos:

(a) 2,345 mol de LiCl

(b) 0,0872 mol de acetileno, C₂H₂

(c) 3,3 $\times$ 10^-2 mol de Na₂ CO₃

(d) 1,23 $\times$ 10³ mol de fructosa, C₆ H₁₂ O₆

(e) 0,5758 mol de FeSO₄(H₂O)₇

20.

Los requisitos nutricionales mínimos diarios aproximados del aminoácido leucina, C₆H₁₃NO₂, son de 1,1 g. ¿Cuánto es este requisito en moles?

21.

Determine la masa en gramos de cada uno de los siguientes elementos:

(a) 0,600 mol de átomos de oxígeno

(b) 0,600 mol de moléculas de oxígeno, O₂

(c) 0,600 mol de moléculas de ozono, O₃

22.

Una mujer de 55 kg tiene 7,5 $\times$ 10^-3 mol de hemoglobina (masa molar = 64.456 g/mol) en su sangre. ¿Cuántas moléculas de hemoglobina son? ¿Cuánto es esta cantidad en gramos?

23.

Determine el número de átomos y la masa de zirconio, silicio y oxígeno que se encuentran en 0,3384 mol de zircón, ZrSiO₄, una piedra semipreciosa.

24.

Determine cuál de los siguientes contiene la mayor masa de hidrógeno: 1 mol de CH₄, 0,6 mol de C₆H₆, o 0,4 mol de C₃H₈.

25.

Determine cuál de los siguientes contiene la mayor masa de aluminio: 122 g de AlPO₄, 266 g de Al₂Cl₆, o 225 g de Al₂S₃.

26.

El diamante es una forma de carbono elemental. Un anillo de compromiso contiene un diamante de 1,25 quilates (1 quilate = 200 mg). ¿Cuántos átomos hay en el diamante?

27.

El diamante Cullinan fue el mayor diamante natural jamás encontrado (25 de enero de 1905). Pesaba 3.104 quilates (1 quilate = 200 mg). ¿Cuántos átomos de carbono había en la piedra?

28.

Una ración de 55 gramos de un determinado cereal aporta 270 mg de sodio, el 11 % de la cantidad diaria recomendada. ¿Cuántos moles y átomos de sodio hay en la cantidad diaria recomendada?

29.

Un determinado cereal crujiente de nueces contiene 11,0 gramos de azúcar (sacarosa, C₁₂H₂₂O₁₁) por una ración de 60,0 gramos. ¿Cuántas raciones de este cereal hay que comer para consumir 0,0278 moles de azúcar?

30.

Un tubo de pasta de dientes contiene 0,76 g de monofluorofosfato de sodio (Na₂PO₃F) en 100 mL.

(a) ¿Qué masa de átomos de flúor en mg estaba presente?

(b) ¿Cuántos átomos de flúor había?

31.

¿Cuál de las siguientes opciones representa el menor número de moléculas?

(a) 20,0 g de H₂O (18,02 g/mol)

(b) 77,0 g de CH₄ (16,06 g/mol)

(c) 68,0 g de C₃H₆ (42,08 g/mol)

(d) 100,0 g de N₂O (44,02 g/mol)

(e) 84,0 g de HF (20,01 g/mol)

3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares

32.

¿Qué información se necesita para determinar la fórmula molecular de un compuesto a partir de la fórmula empírica?

33.

Calcule lo siguiente con cuatro cifras significativas:

(a) la composición porcentual del amoníaco, NH₃

(b) la composición porcentual de la solución de fijador fotográfico ("hipo"), Na₂S₂O₃

(c) el porcentaje de ion calcio en Ca₃(PO₄)₂

34.

Determine lo siguiente con cuatro cifras significativas:

(a) la composición porcentual del ácido hidrazoico, HN₃

(b) la composición porcentual del TNT, C₆H₂(CH₃)(NO₂)₃

(c) el porcentaje de SO₄^2- en Al₂(SO₄)₃

35.

Determine el porcentaje de amoníaco, NH₃, en Co(NH₃)₆Cl₃, con tres cifras significativas.

36.

Determine el porcentaje de agua en CuSO₄∙5H₂O con tres cifras significativas.

37.

Determine las fórmulas empíricas de los compuestos con las siguientes composiciones porcentuales:

(a) 15,8 % de carbono y 84,2 % de azufre

(b) 40,0 % de carbono, 6,7 % de hidrógeno y 53,3 % de oxígeno

38.

Determine las fórmulas empíricas de los compuestos con las siguientes composiciones porcentuales:

(a) 43,6 % de fósforo y 56,4 % de oxígeno

(b) 28,7 % de K, 1,5 % de H, 22,8 % de P y 47,0 % de O

39.

Un compuesto de carbono e hidrógeno contiene un 92,3 % de C y tiene una masa molar de 78,1 g/mol. ¿Cuál es su fórmula molecular?

40.

El dicloroetano, un compuesto que suele utilizarse para la limpieza en seco, contiene carbono, hidrógeno y cloro. Tiene una masa molar de 99 g/mol. El análisis de una muestra indica que contiene un 24,3 % de carbono y un 4,1 % de hidrógeno. ¿Cuál es su fórmula molecular?

41.

Determine la fórmula empírica y molecular del amianto crisotilo. El crisotilo tiene la siguiente composición porcentual: 28,03 % de Mg, 21,60 % de Si, 1,16 % de H y 49,21 % de O. La masa molar del crisotilo es de 520,8 g/mol.

42.

Los polímeros son grandes moléculas compuestas por unidades simples que se repiten muchas veces. Por ello, suelen tener fórmulas empíricas relativamente sencillas. Calcule las fórmulas empíricas de los siguientes polímeros:

(a) Lucita (plexiglás); 59,9 % de C, 8,06 % de H, 32,0 % de O

(b) Saran; 24,8 % de C, 2,0 % de H, 73,1 % de Cl

(c) polietileno; 86 % de C, 14 % de H

(d) poliestireno; 92,3 % de C, 7,7 % de H

(e) Orlon; 67,9 % de C, 5,70 % de H, 26,4 % de N

43.

Un importante fabricante de tintes textiles ha desarrollado un nuevo tinte amarillo. El colorante tiene una composición porcentual de 75,95 % de C, 17,72 % de N y 6,33 % de H en masa con una masa molar de aproximadamente 240 g/mol. Determine la fórmula molecular del colorante.

3.3 Molaridad

44.

Explique qué cambia y qué permanece igual cuando 1,00 L de una solución de NaCl se diluye a 1,80 L.

45.

¿Qué información se necesita para calcular la molaridad de una solución de ácido sulfúrico?

46.

Una muestra de 200 mL y otra muestra de 400 mL de una solución de sal tienen la misma molaridad. ¿En qué aspectos son idénticas las dos muestras? ¿En qué se diferencian estas dos muestras?

47.

Determine la molaridad de cada una de las siguientes soluciones:

(a) 0,444 mol de CoCl₂ en 0,654 L de solución

(b) 98,0 g de ácido fosfórico, H₃PO₄, en 1,00 L de solución

(c) 0,2074 g de hidróxido de calcio, Ca(OH)₂, en 40,00 mL de solución

(d) 10,5 kg de Na₂SO₄·10H₂O en 18,60 L de solución

(e) 7,0 $\times$ 10^-3 mol de I₂ en 100,0 mL de solución

(f) 1,8 $\times$ 10⁴ mg de HCl en 0,075 L de solución

48.

Determine la molaridad de cada una de las siguientes soluciones:

(a) 1,457 mol de KCl en 1,500 L de solución

(b) 0,515 g de H₂SO₄ en 1,00 L de solución

(c) 20,54 g de Al(NO₃)₃ en 1575 mL de solución

(d) 2,76 kg de CuSO₄·5H₂O en 1,45 L de solución

(e) 0,005653 mol de Br₂ en 10,00 mL de solución

(f) 0,000889 g de glicina, C₂H₅NO₂, en 1,05 mL de solución

49.

Considere esta pregunta: ¿Cuál es la masa del soluto en 0,500 L de 0,30 M de glucosa, C₆H₁₂O₆, utilizada para la inyección intravenosa?

(a) Describa los pasos necesarios para responder la pregunta.

(b) Responda la pregunta.

50.

Considere esta pregunta: ¿Cuál es la masa de soluto en 200,0 L de una solución de 1,556 -M de KBr?

(a) Describa los pasos necesarios para responder la pregunta.

(b) Responda la pregunta.

51.

Calcule el número de moles y la masa del soluto en cada una de las siguientes soluciones:

(a) 2,00 L de 18,5 M de H₂SO₄, ácido sulfúrico concentrado

(b) 100,0 mL de 3,8 $\times$ 10^-6 M de NaCN, la concentración mínima letal de cianuro de sodio en el suero sanguíneo

(c) 5,50 L de 13,3 M de H₂CO, el formaldehído que se utiliza para "fijar" las muestras de tejido

(d) 325 mL de 1,8 $\times$ 10^-6 M de FeSO₄, la concentración mínima de sulfato de hierro detectable por el gusto en el agua potable

52.

Calcule el número de moles y la masa del soluto en cada una de las siguientes soluciones:

(a) 325 mL de 8,23 $\times$ 10^-5 M de KI, una fuente de yodo en la dieta

(b) 75,0 mL de 2,2 $\times$ 10^-5 M de H₂SO₄, una muestra de lluvia ácida

(c) 0,2500 L de 0,1135 M de K₂CrO₄, un reactivo analítico utilizado en los ensayos de hierro

(d) 10,5 L de 3,716 M de (NH₄)₂SO₄, un fertilizante líquido

53.

Considere esta pregunta: ¿Cuál es la molaridad del KMnO₄ en una solución de 0,0908 g del KMnO₄ en 0,500 L de solución?

(a) Describa los pasos necesarios para responder la pregunta.

(b) Responda la pregunta.

54.

Considere esta pregunta: ¿Cuál es la molaridad del HCl si 35,23 mL de una solución de HCl contienen 0,3366 g de HCl?

(a) Describa los pasos necesarios para responder la pregunta.

(b) Responda la pregunta.

55.

Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones:

(a) 0,195 g de colesterol, C₂₇H₄₆O, en 0,100 L de suero, la concentración media de colesterol en el suero humano

(b) 4,25 g de NH₃ en 0,500 L de solución, la concentración de NH₃ en el amoníaco doméstico

(c) 1,49 kg de alcohol isopropílico, C₃H₇OH, en 2,50 L de solución, la concentración de alcohol isopropílico en el alcohol de fricción

(d) 0,029 g de I₂ en 0,100 L de solución, la solubilidad del I₂ en agua a 20 °C

56.

Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones:

(a) 293 g de HCl en 666 mL de solución, una solución concentrada de HCl

(b) 2,026 g de FeCl₃ en 0,1250 L de una solución utilizada como incógnita en los laboratorios de química general

(c) 0,001 mg de Cd²⁺ en 0,100 L, la concentración máxima permitida de cadmio en el agua potable

(d) 0,0079 g de C₇H₅SNO₃ en una onza (29,6 mL), la concentración de sacarina en una bebida gaseosa dietética.

57.

Hay aproximadamente 1,0 g de calcio, como Ca²⁺, en 1,0 L de leche. ¿Cuál es la molaridad del Ca²⁺ en la leche?

58.

¿Qué volumen de una solución de 1,00-M de Fe(NO₃)₃ puede diluirse para preparar 1,00 L de una solución con una concentración de 0,250 M?

59.

Si se diluyen 0,1718 L de una solución de 0,3556-M de C₃H₇OH hasta una concentración de 0,1222 M, ¿cuál es el volumen de la solución resultante?

60.

Si se diluyen 4,12 L de 0,850 M de una solución de H₃PO₄ hasta un volumen de 10,00 L, ¿cuál es la concentración de la solución resultante?

61.

¿Qué volumen de una solución de 0,33-M de C₁₂H₂₂O₁₁ se puede diluir para preparar 25 mL de una solución con una concentración de 0,025 M?

62.

¿Cuál es la concentración de la solución de NaCl que resulta cuando se dejan evaporar 0,150 L de una solución de 0,556-M hasta que el volumen se reduce a 0,105 L?

63.

¿Cuál es la molaridad de la solución diluida cuando cada una de las siguientes soluciones se diluye hasta el volumen final dado?

(a) Se diluye 1,00 L de una solución de 0,250M de Fe(NO₃)₃ hasta un volumen final de 2,00 L

(b) Se diluyen 0,5000 L de una solución de 0,1222-M de C₃H₇OH hasta un volumen final de 1,250 L

(c) Se diluyen 2,35 L de una solución de 0,350M de H₃PO₄ hasta un volumen final de 4,00 L

(d) Se diluyen 22,50 mL de una solución de 0,025M de C₁₂H₂₂O₁₁ hasta 100,0 mL

64.

¿Cuál es la concentración final de la solución que se produce cuando se dejan evaporar 225,5 mL de una solución de 0,09988-M de Na₂CO₃ hasta que el volumen de la solución se reduce a 45,00 mL?

65.

Se compró una botella de 2,00 L de una solución de HCl concentrado para el laboratorio de química general. La solución contenía 868,8 g de HCl. ¿Cuál es la molaridad de la solución?

66.

Un experimento en un laboratorio de química general requiere una solución de 2,00M de HCl. ¿Cuántos mL de 11,9 M de HCl serían necesarios para hacer 250 mL de 2,00 M de HCl?

67.

¿Qué volumen de una solución de 0,20M de K₂SO₄ contiene 57 g de K₂SO₄?

68.

La Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) de los EE. UU. impone límites a las cantidades de sustancias tóxicas que pueden verterse al sistema de alcantarillado. Se han establecido límites para diversas sustancias, entre ellas el cromo hexavalente, que está limitado a 0,50 mg/L. Si una industria vierte cromo hexavalente en forma de dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), ¿cuál es la molaridad máxima permitida de esa sustancia?

3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones

69.

Considere esta pregunta: ¿Qué masa de una solución concentrada de ácido nítrico (68,0 % de HNO₃ en masa) se necesita para preparar 400,0 g de una solución al 10,0 % de HNO₃ en masa?

(a) Describa los pasos necesarios para responder la pregunta.

(b) Responda la pregunta.

70.

¿Qué masa de una solución de NaOH al 4,00 % en masa contiene 15,0 g de NaOH?

71.

¿Qué masa de NaOH sólido (97,0 % de NaOH en masa) se necesita para preparar 1,00 L de una solución de NaOH al 10,0 % en masa? La densidad de la solución al 10,0 % es de 1,109 g/mL.

72.

¿Qué masa de HCl está contenida en 45,0 mL de una solución acuosa de HCl que tiene una densidad de 1,19 g cm^-3 y contiene un 37,21 % de HCl en masa?

73.

La dureza del agua (recuento de dureza) suele expresarse en partes por millón (en masa) de CaCO₃, lo que equivale a miligramos de CaCO₃ por litro de agua. ¿Cuál es la concentración molar de iones de Ca²⁺en una muestra de agua con una dureza de 175 mg de CaCO₃/L?

74.

Se sospecha que el nivel de mercurio en un arroyo es superior al mínimo considerado seguro (1 parte por mil millones en peso). Un análisis indicó que la concentración era de 0,68 partes por mil millones. Suponga una densidad de 1,0 g/mL y calcule la molaridad del mercurio en el arroyo.

75.

En Canadá y el Reino Unido, los dispositivos que miden los niveles de glucosa en sangre proporcionan una lectura en milimoles por litro. Si se observa una medición de 5,3 mM, ¿cuál es la concentración de glucosa (C₆H₁₂O₆) en mg/dL?

76.

Un aerosol para la garganta contiene un 1,40 % en masa de fenol, C₆H₅OH, en agua. Si la solución tiene una densidad de 0,9956 g/mL, calcule la molaridad de la solución.

77.

El yoduro de cobre (I) (CuI) suele añadirse a la sal de mesa como fuente dietética de yodo. ¿Cuántos moles de CuI hay en 454 g (1,00 lb) de sal de mesa que contiene 0,0100 % de CuI en masa?

78.

Un jarabe para la tos contiene un 5,0 % de alcohol etílico, C₂H₅OH, en masa. Si la densidad de la solución es de 0,9928 g/mL, determine la molaridad del alcohol en el jarabe para la tos.

79.

El D5W es una solución utilizada como fluido intravenoso. Se trata de una solución al 5,0 % en masa de dextrosa (C₆H₁₂O₆) en agua. Si la densidad del D5W es de 1,029 g/mL, calcule la molaridad de la dextrosa en la solución.

80.

Calcule la molaridad de una solución acuosa del 40,0 % en masa de ácido sulfúrico, H₂SO₄, cuya densidad es de 1,3057 g/mL.

Ejercicios

3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol

3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares

3.3 Molaridad

3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones