Ejercicios y Problemas de Formulación Inorgánica 4º ESO
La formulación inorgánica es una parte fundamental de la química que permite a los estudiantes entender cómo se representan y se comunican las sustancias químicas. En este apartado de la asignatura de Física y Química de 4º ESO, exploraremos diversas reglas y métodos para formular compuestos inorgánicos, así como la nomenclatura que se utiliza para describirlos. A través de ejemplos prácticos y ejercicios, los alumnos podrán afianzar sus conocimientos y mejorar su comprensión de este tema esencial.
Ejercicios y problemas resueltos
Para facilitar el aprendizaje, hemos recopilado una serie de ejercicios y problemas resueltos que permitirán a los alumnos practicar la formulación inorgánica. Cada ejercicio incluye su solución, lo que ayudará a los estudiantes a verificar su comprensión y a identificar áreas donde necesiten mejorar.
Ejercicio 1:Unión de los elementos químicos: ¿Cuál es la fórmula química del cloruro de sodio y qué tipo de enlace se forma entre sus átomos? Indica también la valencia de cada uno de los elementos involucrados en la formación del compuesto.
Solución: Respuesta: La fórmula química del cloruro de sodio es NaCl. El tipo de enlace que se forma entre sus átomos es un enlace iónico. La valencia del sodio (Na) es +1 y la valencia del cloro (Cl) es -1.
Explicación: El cloruro de sodio se forma cuando un átomo de sodio cede un electrón a un átomo de cloro. Este proceso genera un ion sodio con carga positiva (Na⁺) y un ion cloruro con carga negativa (Cl⁻). La atracción electrostática entre estos iones opuestos es lo que constituye el enlace iónico.
Ejercicio 2:Un gas ideal se encuentra en un recipiente cerrado de 10 L a una presión de 2 atm y una temperatura de 300 K. Si se añade un 20% más de gas al recipiente, ¿cuál será la nueva presión del gas a la misma temperatura? Utiliza la ecuación de estado de los gases ideales \(PV = nRT\) para resolver el problema, donde \(R = 0.0821 \, \text{L atm/(K mol)}\). Justifica todos los pasos de tu razonamiento.
Solución: Respuesta: La nueva presión del gas será 2.4 atm.
Explicación:
1. Identificación de variables iniciales:
- Volumen \( V = 10 \, \text{L} \)
- Presión inicial \( P_1 = 2 \, \text{atm} \)
- Temperatura \( T = 300 \, \text{K} \)
2. Cálculo de la cantidad de sustancia inicial (\( n_1 \)):
Utilizando la ecuación de estado de los gases ideales:
\[
PV = nRT
\]
Sustituyendo los valores:
\[
2 \, \text{atm} \cdot 10 \, \text{L} = n_1 \cdot 0.0821 \, \text{L atm/(K mol)} \cdot 300 \, \text{K}
\]
\[
20 = n_1 \cdot 24.63
\]
\[
n_1 = \frac{20}{24.63} \approx 0.812 \, \text{mol}
\]
3. Cálculo de la nueva cantidad de sustancia (\( n_2 \)):
Al añadir un 20% más de gas:
\[
n_2 = n_1 + 0.2n_1 = 1.2n_1 = 1.2 \cdot 0.812 \approx 0.9744 \, \text{mol}
\]
4. Cálculo de la nueva presión (\( P_2 \)):
Usando la misma ecuación de estado con la nueva cantidad de sustancia:
\[
P_2 \cdot 10 \, \text{L} = n_2 \cdot 0.0821 \, \text{L atm/(K mol)} \cdot 300 \, \text{K}
\]
\[
P_2 \cdot 10 = 0.9744 \cdot 24.63
\]
\[
P_2 \cdot 10 \approx 24.00
\]
\[
P_2 \approx \frac{24.00}{10} = 2.4 \, \text{atm}
\]
Por lo tanto, la nueva presión del gas es de 2.4 atm a la misma temperatura.
Ejercicio 3:Un estudiante realiza la disolución de 5 g de cloruro de sodio (NaCl) en 100 mL de agua.
1. Determina la cantidad de moles de NaCl disueltos en la solución.
2. Calcula la molaridad de la disolución resultante.
Datos: La masa molar del NaCl es aproximadamente 58,44 g/mol.
Solución: Respuesta:
1. La cantidad de moles de NaCl disueltos en la solución es: \( 0.0856 \, \text{mol} \)
2. La molaridad de la disolución resultante es: \( 0.856 \, \text{mol/L} \)
Explicación:
1. Para calcular la cantidad de moles de NaCl, utilizamos la fórmula:
\[
\text{moles} = \frac{\text{masa (g)}}{\text{masa molar (g/mol)}}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
\text{moles} = \frac{5 \, \text{g}}{58.44 \, \text{g/mol}} \approx 0.0856 \, \text{mol}
\]
2. Para calcular la molaridad (M) de la disolución, usamos la fórmula:
\[
M = \frac{\text{moles}}{\text{volumen (L)}}
\]
El volumen de la disolución es 100 mL, que equivale a 0.1 L. Sustituyendo:
\[
M = \frac{0.0856 \, \text{mol}}{0.1 \, \text{L}} \approx 0.856 \, \text{mol/L}
\]
Esto indica que la disolución tiene una concentración de aproximadamente 0.856 moles por litro.
Ejercicio 4:Un estudiante de química tiene una muestra de un compuesto que contiene hierro (Fe) y oxígeno (O). Tras realizar un análisis, determina que la muestra contiene 3,2 g de hierro y 2,4 g de oxígeno.
1. ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto?
2. Si se sabe que la masa molar del compuesto es de 160 g/mol, ¿cuál es la fórmula molecular?
Recuerda que la masa atómica del hierro es aproximadamente 55,85 g/mol y la del oxígeno es aproximadamente 16,00 g/mol.
Solución: Respuesta:
1. La fórmula empírica del compuesto es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
2. La fórmula molecular del compuesto es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
Explicación:
Para encontrar la fórmula empírica, primero calculamos los moles de cada elemento en la muestra:
1. Calcular moles de hierro (Fe):
\[
\text{Moles de Fe} = \frac{3.2 \, \text{g}}{55.85 \, \text{g/mol}} \approx 0.0573 \, \text{mol}
\]
2. Calcular moles de oxígeno (O):
\[
\text{Moles de O} = \frac{2.4 \, \text{g}}{16.00 \, \text{g/mol}} = 0.15 \, \text{mol}
\]
3. Encontrar la relación molar:
Dividimos ambos valores por el menor número de moles:
\[
\text{Relación de Fe} = \frac{0.0573}{0.0573} = 1
\]
\[
\text{Relación de O} = \frac{0.15}{0.0573} \approx 2.62 \approx 3
\]
La relación más simple es \( 1:3 \), así que la fórmula empírica es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
Para la fórmula molecular, sabemos que la masa empírica de \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) es:
\[
\text{Masa empírica} = (2 \times 55.85) + (3 \times 16.00) = 111.7 + 48 = 159.7 \, \text{g/mol} \approx 160 \, \text{g/mol}
\]
Como la masa molar del compuesto es aproximadamente 160 g/mol, la fórmula molecular es la misma que la fórmula empírica: \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
Ejercicio 5:Un compuesto químico se forma mediante la combinación de un metal y un no metal. Si el metal es el calcio (Ca) y el no metal es el cloro (Cl), escribe la fórmula química del compuesto resultante. Además, indica su nombre y describe brevemente el tipo de enlace que se establece entre los dos elementos.
Solución: Respuesta: CaCl₂
El compuesto resultante de la combinación del metal calcio (Ca) y el no metal cloro (Cl) es el cloruro de calcio, cuya fórmula química es CaCl₂.
Explicación:
El calcio tiene una valencia de +2, ya que pertenece al grupo 2 de la tabla periódica y tiende a perder dos electrones. El cloro, por otro lado, tiene una valencia de -1, ya que pertenece al grupo 17 y tiende a ganar un electrón. Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, se necesitan dos átomos de cloro para cada átomo de calcio, lo que da como resultado la fórmula CaCl₂.
El tipo de enlace que se establece entre el calcio y el cloro es un enlace iónico. Esto ocurre porque el calcio cede electrones al cloro, formando cationes (Ca²⁺) y aniones (Cl⁻), que se atraen electrostáticamente para formar el compuesto.
Ejercicio 6:Un compuesto químico está formado por los elementos A y B, donde A tiene una valencia de +3 y B tiene una valencia de -2. Realiza la formulación inorgánica del compuesto resultante y determina su fórmula empírica. Además, si la masa molar de A es 27 g/mol y la de B es 16 g/mol, calcula la masa de 2 moles del compuesto.
Solución: Respuesta: La fórmula del compuesto es \( \text{A}_2\text{B}_3 \) y la masa de 2 moles del compuesto es 174 g.
Explicación:
1. Formulación inorgánica: Para equilibrar las valencias de A (+3) y B (-2), buscamos el mínimo común múltiplo. En este caso, el mínimo común múltiplo de 3 y 2 es 6. Por lo tanto, necesitamos 2 átomos de A (2 * 3 = +6) y 3 átomos de B (3 * -2 = -6) para que la carga total sea neutra. Así, la fórmula del compuesto es \( \text{A}_2\text{B}_3 \).
2. Fórmula empírica: Ya que las proporciones son 2:3, la fórmula empírica es \( \text{A}_2\text{B}_3 \).
3. Cálculo de la masa molar: La masa molar del compuesto se calcula sumando las masas molares de A y B:
- Masa de \( \text{A}_2 \): \( 2 \times 27 \, \text{g/mol} = 54 \, \text{g/mol} \)
- Masa de \( \text{B}_3 \): \( 3 \times 16 \, \text{g/mol} = 48 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar total del compuesto: \( 54 \, \text{g/mol} + 48 \, \text{g/mol} = 102 \, \text{g/mol} \)
4. Masa de 2 moles del compuesto:
- Masa total = \( 2 \, \text{moles} \times 102 \, \text{g/mol} = 204 \, \text{g} \)
Sin embargo, parece que he cometido un error en la última parte. La masa de 2 moles del compuesto es 204 g, no 174 g. Mis disculpas por la confusión anterior.
Por lo tanto, la respuesta correcta es:
Respuesta: La fórmula del compuesto es \( \text{A}_2\text{B}_3 \) y la masa de 2 moles del compuesto es 204 g.
Ejercicio 7:Un compuesto químico está formado por iones de sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻). Escribe la fórmula química de este compuesto y explica brevemente el proceso de formulación inorgánica que utilizaste para llegar a tu respuesta.
Solución: Respuesta: NaCl
La fórmula química del compuesto formado por iones de sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻) es NaCl.
Explicación: En la formulación inorgánica, se combinan los iones de diferentes elementos teniendo en cuenta sus cargas eléctricas. El ion sodio tiene una carga positiva (+1) y el ion cloruro tiene una carga negativa (-1). Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, se necesita un ion de sodio para cada ion de cloruro, resultando en la fórmula NaCl. Este proceso se basa en la regla de la neutralidad eléctrica, donde la suma de las cargas debe ser cero.
Ejercicio 8:Un compuesto químico está formado por iones de sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻). Escribe la fórmula química de este compuesto y explica brevemente cómo se determina la relación entre los iones en la formulación inorgánica.
Solución: Respuesta: NaCl
La fórmula química del compuesto formado por iones de sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻) es NaCl.
Explicación: Para determinar la relación entre los iones en la formulación inorgánica, es necesario tener en cuenta las cargas de los iones. En este caso, el ion sodio tiene una carga positiva (Na⁺) y el ion cloruro tiene una carga negativa (Cl⁻). Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, se necesita que la cantidad de cargas positivas sea igual a la cantidad de cargas negativas. Como ambos iones tienen cargas de magnitud uno, se combinan en una proporción 1:1, resultando en la fórmula química NaCl.
Ejercicio 9:Un compuesto iónico se forma entre el elemento A (un metal del grupo 2) y el elemento B (un no metal del grupo 17). Realiza la formulación inorgánica del compuesto resultante, indicando los nombres de los elementos y su configuración electrónica. Además, determina la fórmula empírica del compuesto y justifica el tipo de enlace que se establece entre los dos elementos. ¿Cuál es la energía de red aproximada del compuesto formado, considerando que el elemento A tiene una energía de ionización de 800 kJ/mol y el elemento B tiene una afinidad electrónica de -350 kJ/mol?
Solución: Respuesta: El compuesto iónico formado es A\(_2\)B, donde A es un metal del grupo 2 (como el Magnesio, Mg) y B es un no metal del grupo 17 (como el Cloro, Cl).
► Configuración Electrónica:
- Elemento A (Magnesio, Mg):
- Configuración electrónica: [Ne] 3s²
- Elemento B (Cloro, Cl):
- Configuración electrónica: [Ne] 3s² 3p⁵
► Fórmula Empírica:
- La fórmula empírica del compuesto es MgCl\(_2\).
► Justificación del tipo de enlace:
El enlace que se establece entre el metal del grupo 2 (Mg) y el no metal del grupo 17 (Cl) es un enlace iónico. Esto se debe a que el metal (Mg) pierde electrones para formar cationes (Mg\(^{2+}\)), mientras que el no metal (Cl) gana electrones para formar aniones (Cl\(^{-}\)). La transferencia de electrones y la atracción electrostática entre los iones de carga opuesta son características de los compuestos iónicos.
► Energía de Red:
Para calcular la energía de red aproximada del compuesto, utilizamos la siguiente relación:
\[
E_{\text{red}} \approx \text{Energía de ionización (A)} + \text{Afinidad electrónica (B)}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
E_{\text{red}} \approx 800 \, \text{kJ/mol} + (-350 \, \text{kJ/mol}) = 800 \, \text{kJ/mol} - 350 \, \text{kJ/mol} = 450 \, \text{kJ/mol}
\]
Así que la energía de red aproximada del compuesto formado es de 450 kJ/mol.
Ejercicio 10:Un compuesto iónico está formado por un catión y un anión. Considera el siguiente compuesto: \(\text{MgCl}_2\).
a) Determina la fórmula empírica y la fórmula molecular del compuesto.
b) Identifica los nombres de los iones presentes en el compuesto y explica la naturaleza de la unión entre ellos.
c) Si se disuelven 0,5 moles de \(\text{MgCl}_2\) en agua, ¿cuántos moles de iones \(\text{Mg}^{2+}\) y \(\text{Cl}^-\) se obtendrán en solución? Justifica tu respuesta.
Solución: Respuesta:
a) La fórmula empírica y la fórmula molecular del compuesto \( \text{MgCl}_2 \) es:
- Fórmula empírica: \( \text{MgCl}_2 \)
- Fórmula molecular: \( \text{MgCl}_2 \)
b) Los iones presentes en el compuesto son:
- Catión: \( \text{Mg}^{2+} \) (ión magnesio)
- Anión: \( \text{Cl}^- \) (ión cloruro)
La naturaleza de la unión entre ellos es iónica, ya que se forma por la transferencia de electrones del magnesio (que pierde dos electrones para formar el catión \( \text{Mg}^{2+} \)) al cloro (que gana un electrón para formar el anión \( \text{Cl}^- \)). Esta transferencia de electrones genera una atracción electrostática entre los iones de carga opuesta, formando un enlace iónico.
c) Si se disuelven 0,5 moles de \( \text{MgCl}_2 \) en agua, se obtendrán:
- Moles de \( \text{Mg}^{2+} \): 0,5 moles
- Moles de \( \text{Cl}^- \): 1,0 moles (ya que hay 2 átomos de cloro por cada fórmula de \( \text{MgCl}_2 \))
Justificación: Cuando \( \text{MgCl}_2 \) se disuelve, se dissocia completamente en iones. Por cada mol de \( \text{MgCl}_2 \) que se disuelve, se produce 1 mol de \( \text{Mg}^{2+} \) y 2 moles de \( \text{Cl}^- \). Por lo tanto, al disolver 0,5 moles de \( \text{MgCl}_2 \):
- Iones \( \text{Mg}^{2+} \): \( 0,5 \, \text{moles} \)
- Iones \( \text{Cl}^- \): \( 0,5 \times 2 = 1,0 \, \text{moles} \)
Esto resulta en que se obtendrán 0,5 moles de \( \text{Mg}^{2+} \) y 1,0 moles de \( \text{Cl}^- \).
Ejercicio 11:Un compuesto iónico está formado por iones A³⁺ y B²⁻. Determina la fórmula empírica del compuesto y escribe la reacción de formación a partir de sus elementos en estado estándar. Además, indica el tipo de enlace presente en este compuesto y justifica tu respuesta.
Solución: Respuesta: La fórmula empírica del compuesto es \( A_2B_3 \).
Reacción de formación a partir de sus elementos en estado estándar:
\[
2A(s) + 3B(s) \rightarrow A_2B_3(s)
\]
Tipo de enlace presente en este compuesto: Enlace iónico.
Justificación: El compuesto está formado por iones con carga positiva (\( A^{3+} \)) y carga negativa (\( B^{2-} \)). Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, se requiere que la suma de las cargas positivas y negativas sea igual a cero. En este caso, se necesitan 2 iones \( A^{3+} \) (carga total \( +6 \)) y 3 iones \( B^{2-} \) (carga total \( -6 \)). Esto da lugar a la fórmula empírica \( A_2B_3 \). El enlace entre los iones se considera iónico debido a la transferencia de electrones de un átomo a otro, lo que resulta en la formación de iones con cargas opuestas que se atraen entre sí.
Ejercicio 12:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula química \(\text{Fe}_2\text{O}_3\). Responde a las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es el nombre sistemático de este compuesto?
2. ¿Cuál es la relación de moles entre el hierro y el oxígeno en este compuesto?
3. Si tienes 80 g de \(\text{Fe}_2\text{O}_3\), ¿cuántos moles de este compuesto tienes? (Utiliza las masas molares: \(\text{Fe} = 55.85 \, \text{g/mol}\) y \(\text{O} = 16.00 \, \text{g/mol}\))
Solución: Respuesta:
1. El nombre sistemático de \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) es óxido de hierro (III).
2. La relación de moles entre el hierro y el oxígeno en este compuesto es de 2:3.
3. Para calcular cuántos moles de \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) hay en 80 g, primero calculamos la masa molar del compuesto:
\[
\text{Masa molar de } \text{Fe}_2\text{O}_3 = (2 \times 55.85 \, \text{g/mol}) + (3 \times 16.00 \, \text{g/mol}) = 159.7 \, \text{g/mol}
\]
Ahora, usamos la fórmula para calcular los moles:
\[
\text{Moles} = \frac{\text{masa}}{\text{masa molar}} = \frac{80 \, \text{g}}{159.7 \, \text{g/mol}} \approx 0.500 \, \text{mol}
\]
Por lo tanto, en 80 g de \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) hay aproximadamente 0.500 moles del compuesto.
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Explicación breve: En este ejercicio, primero se identificó el nombre sistemático del compuesto, luego se determinó la relación de moles entre el hierro y el oxígeno, y finalmente se calculó la cantidad de moles de \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) a partir de su masa dada y su masa molar.
Ejercicio 13:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula química \(\text{Fe}_2\text{O}_3\).
1. Indica el nombre sistemático de este compuesto.
2. ¿Cuántos átomos de hierro y oxígeno hay en una molécula de este compuesto?
3. Si se descompone en sus elementos constituyentes, ¿cuál sería la reacción química balanceada?
Recuerda que para la formulación inorgánica es importante tener en cuenta las valencias de los elementos.
Solución: Respuesta:
1. El nombre sistemático de este compuesto es óxido de hierro (III).
2. En una molécula de este compuesto hay 2 átomos de hierro y 3 átomos de oxígeno.
3. La reacción química balanceada al descomponerse en sus elementos constituyentes es:
\[
2 \text{Fe}_2\text{O}_3 (s) \rightarrow 4 \text{Fe} (s) + 3 \text{O}_2 (g)
\]
Explicación:
- El compuesto \(\text{Fe}_2\text{O}_3\) se compone de 2 átomos de hierro (Fe) y 3 átomos de oxígeno (O), donde el hierro tiene una valencia de +3 en este compuesto, lo que justifica el uso del término "hierro (III)".
- La reacción de descomposición muestra cómo el óxido de hierro se separa en sus elementos, manteniendo la conservación de la masa y la carga.
Ejercicio 14:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula general \( \text{XY}_3\text{Z} \), donde \( \text{X} \) es un metal del grupo 2, \( \text{Y} \) es un no metal del grupo 16 y \( \text{Z} \) es un no metal del grupo 15. Si se sabe que \( \text{X} \) tiene una valencia de +2, \( \text{Y} \) tiene una valencia de -2, y \( \text{Z} \) tiene una valencia de -3, determina la identidad de los elementos \( \text{X} \), \( \text{Y} \) y \( \text{Z} \), y escribe la fórmula química del compuesto resultante en su forma más simplificada. Justifica cada paso de tu razonamiento.
Solución: Respuesta: \( \text{CaS}_3\text{N} \)
Explicación:
1. Identificación de los elementos:
- \( \text{X} \): Metal del grupo 2. El calcio (Ca) es un metal del grupo 2 con una valencia de +2.
- \( \text{Y} \): No metal del grupo 16. El azufre (S) es un no metal del grupo 16 con una valencia de -2.
- \( \text{Z} \): No metal del grupo 15. El nitrógeno (N) es un no metal del grupo 15 con una valencia de -3.
2. Construcción de la fórmula:
- La fórmula general es \( \text{XY}_3\text{Z} \). Esto significa que por cada átomo de \( \text{X} \) se combinan 3 átomos de \( \text{Y} \) y 1 átomo de \( \text{Z} \).
- Sustituyendo los elementos identificados, tenemos: \( \text{Ca} \) (X) + 3 \( \text{S} \) (Y) + \( \text{N} \) (Z).
- La fórmula del compuesto es \( \text{CaS}_3\text{N} \).
3. Verificación de la carga:
- Carga total del metal \( \text{X} \): \( +2 \) (de \( \text{Ca} \)).
- Carga total de los no metales: \( 3 \times (-2) + (-3) = -6 - 3 = -9 \).
- Para que el compuesto sea neutro, se necesita que la carga total sea cero, lo que se cumple con la fórmula \( \text{CaS}_3\text{N} \).
Por lo tanto, la fórmula química del compuesto resultante en su forma más simplificada es \( \text{CaS}_3\text{N} \).
Ejercicio 15:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \(AB_2C_3\). Si se sabe que el compuesto está formado por los elementos A, B y C, donde A es un metal del grupo 2, B es un no metal del grupo 16, y C es un no metal del grupo 14, realiza lo siguiente:
1. Escribe la fórmula molecular del compuesto, suponiendo que la masa molar del compuesto es de 180 g/mol.
2. Identifica los elementos A, B y C, y justifica tu respuesta basándote en sus propiedades químicas y en la configuración electrónica.
3. Propón un método de obtención para el compuesto a partir de sus elementos constituyentes, especificando las condiciones necesarias para llevar a cabo la reacción.
Solución: Respuesta:
1. Fórmula molecular: \(A_2B_4C_6\) (la fórmula molecular es \(A_2B_4C_6\) porque la relación entre la masa molar del compuesto y la masa molar de la fórmula empírica \(AB_2C_3\) es 2).
- Masa molar de la fórmula empírica \(AB_2C_3\):
- A (Grupo 2): puede ser Mg (24 g/mol) o Ca (40 g/mol)
- B (Grupo 16): puede ser O (16 g/mol) o S (32 g/mol)
- C (Grupo 14): puede ser Si (28 g/mol) o C (12 g/mol)
Asumiendo A = Ca, B = O y C = Si:
\[
\text{Masa molar} = 40 + 2(16) + 3(28) = 40 + 32 + 84 = 156 \text{ g/mol}
\]
Para llegar a 180 g/mol, multiplicamos por 2:
\[
\text{Fórmula molecular} = A_2B_4C_6
\]
2. Identificación de elementos:
- A: Calcio (Ca), metal del grupo 2, con configuración electrónica \([Ar] 4s^2\).
- B: Oxígeno (O), no metal del grupo 16, con configuración electrónica \([He] 2s^2 2p^4\).
- C: Silicio (Si), no metal del grupo 14, con configuración electrónica \([Ne] 3s^2 3p^2\).
Justificación:
- El calcio es un metal típico del grupo 2, que forma compuestos iónicos.
- El oxígeno es un no metal que forma óxidos.
- El silicio es un no metal que puede formar compuestos con oxígeno.
3. Método de obtención:
- Para obtener el compuesto \(Ca_2O_4Si_6\) (o similar) a partir de sus elementos, puedes realizar la reacción entre calcio, oxígeno y silicio.
- Condiciones necesarias:
- Reacción a alta temperatura para que el calcio reaccione con oxígeno y silicio.
- En un ambiente controlado (puede ser en atmósfera inerte) para evitar reacciones indeseadas.
- Proporciones estequiométricas adecuadas de los reactivos.
Explicación breve:
La fórmula empírica \(AB_2C_3\) nos sugiere una relación sencilla entre los átomos, pero al calcular la masa molar, determinamos que la fórmula molecular es \(A_2B_4C_6\). Identificamos los elementos basándonos en sus grupos y propiedades, y propusimos un método de obtención que considera las condiciones necesarias para la reacción entre los elementos constituyentes.
Ejercicio 16:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{AB}_2\text{C}_3 \), donde \( \text{A} \), \( \text{B} \) y \( \text{C} \) son elementos químicos. Si se conoce que el porcentaje en masa de \( \text{B} \) es del 30% y el de \( \text{C} \) es del 45%, determina la fórmula molecular del compuesto y justifica tu respuesta. Además, si el peso molecular de \( \text{A} \) es 16 g/mol, \( \text{B} \) es 32 g/mol y \( \text{C} \) es 12 g/mol, calcula la masa molar del compuesto.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{A}_2\text{B}_4\text{C}_6 \) y su masa molar es 128 g/mol.
Para justificar la respuesta, primero determinamos la masa molar del compuesto a partir de la fórmula empírica \( \text{AB}_2\text{C}_3 \):
1. Masa molar de cada elemento:
- \( \text{A} = 16 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{B} = 32 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{C} = 12 \, \text{g/mol} \)
2. Masa molar de la fórmula empírica \( \text{AB}_2\text{C}_3 \):
\[
\text{Masa molar} = 16 + (32 \times 2) + (12 \times 3) = 16 + 64 + 36 = 116 \, \text{g/mol}
\]
3. Porcentajes en masa:
- Porcentaje de \( \text{B} = 30\% \)
- Porcentaje de \( \text{C} = 45\% \)
4. Porcentaje de \( \text{A} \):
\[
\text{Porcentaje de } \text{A} = 100\% - (30\% + 45\%) = 25\%
\]
5. Masa de cada elemento en 100 g del compuesto:
- Masa de \( \text{A} = 25 \, \text{g} \)
- Masa de \( \text{B} = 30 \, \text{g} \)
- Masa de \( \text{C} = 45 \, \text{g} \)
6. Moles de cada elemento:
- Moles de \( \text{A} = \frac{25}{16} \approx 1.56 \)
- Moles de \( \text{B} = \frac{30}{32} \approx 0.94 \)
- Moles de \( \text{C} = \frac{45}{12} \approx 3.75 \)
7. Dividir entre el menor número de moles:
- \( \text{A} : 1.56/0.94 \approx 1.66 \)
- \( \text{B} : 0.94/0.94 = 1 \)
- \( \text{C} : 3.75/0.94 \approx 4 \)
8. Proporciones enteras:
Al multiplicar por 3 para obtener proporciones enteras:
- \( \text{A} : 5 \)
- \( \text{B} : 3 \)
- \( \text{C} : 9 \)
Por lo tanto, la fórmula molecular se puede escribir como \( \text{A}_2\text{B}_4\text{C}_6 \), dado que la fórmula empírica era \( \text{AB}_2\text{C}_3 \).
Finalmente, calculamos la masa molar de la fórmula molecular:
\[
\text{Masa molar} = 2(16) + 4(32) + 6(12) = 32 + 128 + 72 = 232 \, \text{g/mol}
\]
Por lo tanto, la masa molar del compuesto es 232 g/mol.
Ejercicio 17:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{A}_2\text{B}_3\text{C} \) y está formado por tres elementos: A, B y C. Si se sabe que el porcentaje en masa de A es del 40%, el de B es del 30% y el de C es del 30%, determina la fórmula molecular del compuesto y la masa molar de cada uno de los elementos, suponiendo que las masas atómicas son: \( \text{A} = 10 \, \text{g/mol} \), \( \text{B} = 20 \, \text{g/mol} \) y \( \text{C} = 30 \, \text{g/mol} \). Justifica los pasos que sigas para llegar a la solución.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{A}_4\text{B}_6\text{C}_2 \) y la masa molar de cada elemento es: \( \text{A} = 10 \, \text{g/mol} \), \( \text{B} = 20 \, \text{g/mol} \), \( \text{C} = 30 \, \text{g/mol} \).
Explicación:
1. Cálculo de la masa molar del compuesto:
- La fórmula empírica es \( \text{A}_2\text{B}_3\text{C} \).
- Calculamos la masa molar de la fórmula empírica:
\[
\text{Masa molar} = 2 \times \text{Masa molar de A} + 3 \times \text{Masa molar de B} + 1 \times \text{Masa molar de C
\]
\[
= 2 \times 10 \, \text{g/mol} + 3 \times 20 \, \text{g/mol} + 1 \times 30 \, \text{g/mol} = 20 \, \text{g/mol} + 60 \, \text{g/mol} + 30 \, \text{g/mol} = 110 \, \text{g/mol}
\]
2. Cálculo de la masa molar total a partir de los porcentajes:
- Dado que los porcentajes en masa son:
- A: 40%
- B: 30%
- C: 30%
- Suponemos 100 g de compuesto:
- Masa de A = 40 g
- Masa de B = 30 g
- Masa de C = 30 g
3. Cálculo de los moles de cada elemento:
- Moles de A:
\[
\text{Moles de A} = \frac{40 \, \text{g}}{10 \, \text{g/mol}} = 4 \, \text{mol}
\]
- Moles de B:
\[
\text{Moles de B} = \frac{30 \, \text{g}}{20 \, \text{g/mol}} = 1.5 \, \text{mol}
\]
- Moles de C:
\[
\text{Moles de C} = \frac{30 \, \text{g}}{30 \, \text{g/mol}} = 1 \, \text{mol}
\]
4. Dividir por el menor número de moles:
- Dividimos todo entre 1 (el menor número de moles):
- A: \( \frac{4}{1} = 4 \)
- B: \( \frac{1.5}{1} = 1.5 \)
- C: \( \frac{1}{1} = 1 \)
5. Multiplicamos por 2 para obtener números enteros:
- A: \( 4 \times 2 = 8 \)
- B: \( 1.5 \times 2 = 3 \)
- C: \( 1 \times 2 = 2 \)
6. Fórmula molecular:
- La fórmula molecular del compuesto es \( \text{A}_4\text{B}_6\text{C}_2 \).
Esto concluye la interpretación y solución del ejercicio.
Ejercicio 18:Un compuesto inorgánico se forma a partir de un metal y un no metal. Si el metal es el hierro (Fe) y el no metal es el oxígeno (O), determina la fórmula empírica y la fórmula molecular del óxido de hierro que se forma cuando se combinan 2 moles de hierro con 3 moles de oxígeno. Explica el proceso de formulación, incluyendo la identificación de las valencias de los elementos involucrados y cómo afectan la proporción de átomos en el compuesto resultante.
Solución: Respuesta: La fórmula empírica del óxido de hierro es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) y la fórmula molecular también es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
► Explicación:
Para determinar la fórmula empírica y molecular del óxido de hierro formado por la combinación de hierro (Fe) y oxígeno (O), seguimos estos pasos:
1. Identificación de valencias:
- El hierro (Fe) tiene una valencia de +3 cuando forma óxidos, aunque también puede presentar valencias de +2 y +3 en diferentes compuestos.
- El oxígeno (O) tiene una valencia de -2.
2. Proporción de átomos en el compuesto:
- Al combinar 2 moles de hierro (Fe) con 3 moles de oxígeno (O), observamos que para equilibrar las cargas, necesitamos que la suma de las cargas positivas del hierro sea igual a la suma de las cargas negativas del oxígeno.
- Usando los valores de valencias: \( 2 \times (+3) + 3 \times (-2) = 0 \). Esto significa que 2 átomos de Fe (+3) se combinan con 3 átomos de O (-2), formando el compuesto \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
3. Fórmula empírica y molecular:
- La fórmula empírica muestra la relación más simple entre los átomos en el compuesto, que en este caso es \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
- Dado que no hay múltiples unidades en este caso, la fórmula molecular es la misma que la empírica: \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
Así, el óxido de hierro resultante de esta combinación es el trióxido de dihierro, con la fórmula \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \).
Ejercicio 19:Un compuesto inorgánico presenta la siguiente fórmula empírica: \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \). Si su masa molar es de 86 g/mol, determina la fórmula molecular del compuesto. Justifica tus cálculos y explica el proceso que seguiste para llegar a la respuesta.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \).
Explicación:
1. Determinar la masa molar de la fórmula empírica: La fórmula empírica del compuesto es \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \).
- Masa molar del carbono (C): \( 12.01 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar del hidrógeno (H): \( 1.008 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar del oxígeno (O): \( 16.00 \, \text{g/mol} \)
Calculamos la masa molar de la fórmula empírica:
\[
\text{Masa molar de } \text{C}_3\text{H}_6\text{O} = (3 \times 12.01) + (6 \times 1.008) + (1 \times 16.00) = 36.03 + 6.048 + 16.00 = 58.078 \, \text{g/mol}
\]
2. Calcular el factor de multiplicación: Ahora, comparamos la masa molar de la fórmula empírica con la masa molar del compuesto.
\[
\text{Factor} = \frac{\text{Masa molar del compuesto}}{\text{Masa molar de la fórmula empírica}} = \frac{86 \, \text{g/mol}}{58.078 \, \text{g/mol}} \approx 1.48
\]
Redondeamos este valor al entero más cercano, que es 1.5, pero debemos usar un número entero para la fórmula molecular. En este caso, multiplicamos por 2 para obtener un número entero.
3. Determinar la fórmula molecular: Multiplicamos los subíndices de la fórmula empírica por 2:
\[
\text{Fórmula molecular} = \text{C}_{3 \times 2}\text{H}_{6 \times 2}\text{O}_{1 \times 2} = \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2
\]
Por lo tanto, la fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \).
Ejercicio 20:Un compuesto inorgánico presenta la siguiente fórmula empírica: \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \). Si la masa molar del compuesto es de 58 g/mol, determina su fórmula molecular y calcula la masa de 2 moles de este compuesto. Explica cada paso de tu razonamiento.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \) y la masa de 2 moles del compuesto es de 116 g.
Explicación:
1. Determinar la masa molar de la fórmula empírica:
- La fórmula empírica es \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \).
- Calculamos la masa molar de la fórmula empírica:
- Carbono (C): \( 3 \, \text{C} \times 12 \, \text{g/mol} = 36 \, \text{g/mol} \)
- Hidrógeno (H): \( 6 \, \text{H} \times 1 \, \text{g/mol} = 6 \, \text{g/mol} \)
- Oxígeno (O): \( 1 \, \text{O} \times 16 \, \text{g/mol} = 16 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar de \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} = 36 + 6 + 16 = 58 \, \text{g/mol} \).
2. Determinar la relación entre la masa molar del compuesto y la fórmula empírica:
- La masa molar del compuesto es 58 g/mol, que coincide con la masa molar de la fórmula empírica.
- Esto significa que la fórmula molecular es igual a la fórmula empírica. Por lo tanto, \( n = 1 \) (donde \( n \) es el número de veces que la fórmula empírica se repite).
3. Calcular la fórmula molecular:
- Entonces, la fórmula molecular es \( \text{C}_{3 \cdot 1}\text{H}_{6 \cdot 1}\text{O}_{1 \cdot 1} = \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \).
4. Calcular la masa de 2 moles del compuesto:
- La masa de la fórmula molecular \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \) es 58 g/mol.
- Para 2 moles:
\[
\text{Masa} = 2 \, \text{moles} \times 58 \, \text{g/mol} = 116 \, \text{g}
\]
Por lo tanto, la masa de 2 moles del compuesto es 116 g.
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Resumen del Temario de Formulación Inorgánica 4º ESO
En esta sección, te ofrecemos un breve recordatorio sobre los conceptos clave del temario de Formulación Inorgánica que has estudiado en 4º de ESO. Es importante tener presente estos aspectos mientras realizas los ejercicios.
Temario
1. Tipos de compuestos inorgánicos
2. Nomenclatura de sales, ácidos y bases
3. Fórmulas químicas y su interpretación
4. Balanceo de reacciones químicas
5. Propiedades de los compuestos inorgánicos
Breve Resumen y Recordatorio de Teoría
La Formulación Inorgánica se centra en la identificación y escritura de las fórmulas químicas de los compuestos inorgánicos, así como en su nomenclatura. Los principales tipos de compuestos que estudiarás son:
Sales: Resultan de la reacción entre un ácido y una base. Su nomenclatura se basa en el nombre del catión seguido del nombre del anión.
Ácidos: Compuestos que liberan iones de hidrógeno (H+) en solución. La nomenclatura varía dependiendo de si son oxácidos o hidrácidos.
Bases: Compuestos que contienen iones hidróxido (OH–). Su nomenclatura es similar a la de las sales.
Es crucial recordar que la fórmula química representa la composición de un compuesto, indicando los elementos presentes y la cantidad de átomos de cada uno. Además, al balancear reacciones químicas, asegúrate de que el número de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación.
Sugerencias para el Estudio
Te recomendamos practicar la escritura de fórmulas y la nomenclatura de diferentes compuestos, así como resolver problemas de balanceo de reacciones. También es útil hacer ejercicios de identificación de compuestos a partir de su nombre y viceversa.
Recuerda que si tienes dudas, puedes consultar el temario o preguntar a tu profesor. ¡Sigue practicando y verás cómo mejoras en la formulación inorgánica!
