Ejercicios y Problemas de Formulación Inorgánica 3º ESO
La Formulación Inorgánica es una parte fundamental de la asignatura de Física y Química en 3º de ESO, donde los estudiantes aprenden a identificar y representar compuestos inorgánicos mediante fórmulas químicas. En esta sección, abordaremos conceptos esenciales como la nomenclatura de compuestos, la identificación de elementos y la comprensión de las interacciones químicas que dan lugar a la formación de sustancias. A través de ejemplos claros y ejercicios prácticos, los estudiantes podrán fortalecer sus habilidades y aplicar lo aprendido en situaciones reales.
Ejercicios y Problemas Resueltos
Aquí encontrarás una variedad de ejercicios y problemas resueltos que te ayudarán a consolidar tus conocimientos en formulación inorgánica. Cada ejercicio va acompañado de su respectiva solución, permitiéndote aprender de manera efectiva y comprender mejor los conceptos clave.
Ejercicio 1:Unión dos elementos químicos: el oxígeno (O) y el sodio (Na) forman un compuesto. Escribe la fórmula química del compuesto resultante y nombra dicho compuesto.
Solución: Respuesta: Na₂O
El compuesto formado por la unión del oxígeno (O) y el sodio (Na) es el óxido de sodio. En este caso, el sodio tiene una valencia de +1 y el oxígeno tiene una valencia de -2. Para balancear las cargas, se necesitan dos átomos de sodio para cada átomo de oxígeno, lo que da como resultado la fórmula química Na₂O.
Ejercicio 2:Una muestra de un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{CH}_2\text{O} \). Si la masa molar del compuesto es de 180 g/mol, determina la fórmula molecular del compuesto y justifica tu respuesta.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \).
Explicación:
La fórmula empírica del compuesto es \( \text{CH}_2\text{O} \). Para determinar la fórmula molecular, primero calculamos la masa molar de la fórmula empírica:
- Carbono (C): 12 g/mol
- Hidrógeno (H): 1 g/mol (2 átomos: \(2 \times 1 = 2\) g/mol)
- Oxígeno (O): 16 g/mol
Por lo tanto, la masa molar de \( \text{CH}_2\text{O} \) es:
\[
12 \, \text{g/mol} + 2 \, \text{g/mol} + 16 \, \text{g/mol} = 30 \, \text{g/mol}
\]
Ahora, para encontrar el factor que multiplica la fórmula empírica para obtener la fórmula molecular, dividimos la masa molar del compuesto (180 g/mol) entre la masa molar de la fórmula empírica (30 g/mol):
\[
\frac{180 \, \text{g/mol}}{30 \, \text{g/mol}} = 6
\]
Esto significa que la fórmula molecular es \( 6 \) veces la fórmula empírica:
\[
\text{C}_{1 \times 6} \text{H}_{2 \times 6} \text{O}_{1 \times 6} = \text{C}_6 \text{H}_{12} \text{O}_6
\]
Por lo tanto, la fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \).
Ejercicio 3:Un grupo de estudiantes está estudiando la formulación de compuestos inorgánicos. Considerando los siguientes elementos: el sodio (Na), el cloro (Cl) y el azufre (S), resuelve las siguientes cuestiones:
1. Escribe la fórmula química del cloruro de sodio y del sulfuro de sodio.
2. Determina el nombre del compuesto que resulta de la combinación de sodio y cloro, y el que se forma entre sodio y azufre.
3. Si el cloruro de sodio se disuelve en agua, ¿cuáles son los iones presentes en la solución y en qué proporciones se encuentran?
Recuerda utilizar la nomenclatura adecuada según las reglas de la IUPAC.
Solución: Respuesta:
1. Fórmulas químicas:
- Cloruro de sodio: \( \text{NaCl} \)
- Sulfuro de sodio: \( \text{Na}_2\text{S} \)
2. Nombres de los compuestos:
- Compuesto de sodio y cloro: Cloruro de sodio
- Compuesto de sodio y azufre: Sulfuro de sodio
3. Iones presentes en la disolución de cloruro de sodio:
- Iones presentes: \( \text{Na}^+ \) y \( \text{Cl}^- \)
- Proporciones: 1 ion \( \text{Na}^+ \) por cada ion \( \text{Cl}^- \) (1:1)
Explicación:
El cloruro de sodio se forma mediante la combinación del sodio y el cloro, donde el sodio cede un electrón al cloro, resultando en un ion sodio positivo (\( \text{Na}^+ \)) y un ion cloruro negativo (\( \text{Cl}^- \)). En el caso del sulfuro de sodio, se requiere dos átomos de sodio para equilibrar la carga del ion sulfuro (\( \text{S}^{2-} \)), dando lugar a la fórmula \( \text{Na}_2\text{S} \). Al disolverse en agua, se separan en sus iones constituyentes en una proporción de 1:1.
Ejercicio 4:Un estudiante tiene una muestra de cloruro de sodio (NaCl) y desea determinar su fórmula empírica. Si la muestra contiene 23 g de sodio (Na) y 35.5 g de cloro (Cl), ¿cuál es la fórmula empírica del compuesto? Realiza los cálculos necesarios y explica los pasos que seguiste para llegar a la respuesta.
Solución: Respuesta: La fórmula empírica del cloruro de sodio (NaCl) es NaCl.
Para determinar la fórmula empírica del compuesto a partir de las masas de sodio y cloro, seguimos estos pasos:
1. Convertir las masas a moles:
- Para el sodio (Na):
\[
\text{Moles de Na} = \frac{\text{masa de Na}}{\text{masa molar de Na}} = \frac{23 \, \text{g}}{22.99 \, \text{g/mol}} \approx 1.00 \, \text{mol}
\]
- Para el cloro (Cl):
\[
\text{Moles de Cl} = \frac{\text{masa de Cl}}{\text{masa molar de Cl}} = \frac{35.5 \, \text{g}}{35.45 \, \text{g/mol}} \approx 1.00 \, \text{mol}
\]
2. Dividir el número de moles de cada elemento por el menor número de moles:
- Para Na:
\[
\frac{1.00 \, \text{mol}}{1.00 \, \text{mol}} = 1
\]
- Para Cl:
\[
\frac{1.00 \, \text{mol}}{1.00 \, \text{mol}} = 1
\]
3. Escribir la fórmula empírica:
- Con ambos valores obtenidos, la relación es 1:1, lo que indica que hay un átomo de sodio por cada átomo de cloro, resultando en la fórmula empírica:
\[
\text{NaCl}
\]
Así, concluimos que la fórmula empírica del compuesto es NaCl.
Ejercicio 5:Un estudiante tiene una muestra de cloruro de sodio (NaCl) y desea determinar su fórmula empírica. Si en su análisis encuentra que tiene un 39.34% de sodio (Na) y un 60.66% de cloro (Cl), ¿cuál es la fórmula empírica del compuesto? Realiza los cálculos necesarios y explica cada paso del proceso para llegar a la respuesta final.
Solución: Respuesta: NaCl
Explicación:
Para determinar la fórmula empírica del cloruro de sodio (NaCl) a partir de los porcentajes de sus elementos, seguimos los siguientes pasos:
1. Convertir los porcentajes a gramos: Suponemos que tenemos 100 g de la muestra. Por lo tanto, tenemos:
- Na: 39.34 g
- Cl: 60.66 g
2. Convertir los gramos a moles: Utilizamos las masas molares de los elementos:
- Masa molar del sodio (Na) = 22.99 g/mol
- Masa molar del cloro (Cl) = 35.45 g/mol
Calculamos los moles de cada elemento:
- Moles de Na:
\[
\text{Moles de Na} = \frac{39.34 \, \text{g}}{22.99 \, \text{g/mol}} \approx 1.71 \, \text{mol}
\]
- Moles de Cl:
\[
\text{Moles de Cl} = \frac{60.66 \, \text{g}}{35.45 \, \text{g/mol}} \approx 1.71 \, \text{mol}
\]
3. Encontrar la relación molar: Para encontrar la relación entre los moles de Na y Cl, dividimos ambos valores por el menor número de moles:
\[
\text{Proporción de Na} = \frac{1.71 \, \text{mol}}{1.71 \, \text{mol}} = 1
\]
\[
\text{Proporción de Cl} = \frac{1.71 \, \text{mol}}{1.71 \, \text{mol}} = 1
\]
4. Escribir la fórmula empírica: La relación más simple es de 1:1, lo que significa que la fórmula empírica es NaCl.
Por lo tanto, la fórmula empírica del compuesto es NaCl.
Ejercicio 6:Un compuesto químico tiene la fórmula \(\text{MgCl}_2\). Responde a las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es el nombre del compuesto?
2. ¿Cuántos átomos de cada elemento están presentes en una molécula de este compuesto?
3. Escribe la fórmula química del cloruro de magnesio si se combina con un ion \(\text{SO}_4^{2-}\).
Solución: Respuesta:
1. El nombre del compuesto es cloruro de magnesio.
2. En una molécula de \(\text{MgCl}_2\) hay 1 átomo de magnesio (Mg) y 2 átomos de cloro (Cl).
3. La fórmula química del cloruro de magnesio combinado con un ion \(\text{SO}_4^{2-}\) es \(\text{MgSO}_4\).
Explicación:
1. El nombre del compuesto \(\text{MgCl}_2\) se deriva de los nombres de sus elementos: "magnesio" para \(\text{Mg}\) y "cloruro" para el ion cloruro \(\text{Cl}^-\).
2. La fórmula indica que hay un átomo de magnesio y dos átomos de cloro en cada unidad del compuesto.
3. Cuando el cloruro de magnesio se combina con el ion sulfato (\(\text{SO}_4^{2-}\)), el magnesio (que tiene una carga de \(+2\)) se combina con un ion sulfato para formar el sulfato de magnesio, cuya fórmula es \(\text{MgSO}_4\).
Ejercicio 7:Un compuesto químico tiene la fórmula \( \text{NaCl} \). Identifica los elementos que lo componen, su estado de oxidación y escribe su nombre completo. ¿Cuál es la relación de estos elementos en la fórmula?
Solución: Respuesta: El compuesto químico \( \text{NaCl} \) está compuesto por los elementos sodio (Na) y cloro (Cl).
- Elementos:
- Sodio (Na): estado de oxidación +1
- Cloro (Cl): estado de oxidación -1
La relación de estos elementos en la fórmula indica que por cada átomo de sodio, hay un átomo de cloro, formando una estructura en la que el sodio cede un electrón al cloro, resultando en un enlace iónico. El nombre completo del compuesto es cloruro de sodio.
La fórmula \( \text{NaCl} \) muestra que hay una proporción 1:1 entre sodio y cloro en el compuesto.
Ejercicio 8:Un compuesto químico está formado por un metal M y un no metal N. Si el metal M tiene un estado de oxidación de +2 y el no metal N tiene un estado de oxidación de -3, determina la fórmula química del compuesto resultante y explica el proceso de formulación inorgánica utilizado para llegar a ella.
Solución: Respuesta: La fórmula química del compuesto resultante es \( \text{M}_2\text{N}_3 \).
Explicación: Para determinar la fórmula del compuesto, se utilizan los estados de oxidación del metal M (+2) y del no metal N (-3).
1. Se cruzan los valores de los estados de oxidación para obtener los subíndices de cada elemento en la fórmula. Esto significa que el metal M, que tiene un estado de oxidación +2, necesitará combinarse con tres átomos del no metal N, que tiene un estado de oxidación -3, para que la carga total del compuesto sea neutra.
2. Por lo tanto, se colocan los subíndices de manera que el número de átomos de M (que es 2) y el número de átomos de N (que es 3) se ajusten a sus respectivos estados de oxidación.
3. Así, el resultado es \( \text{M}_2\text{N}_3 \), donde se indica que se requieren 2 átomos del metal y 3 átomos del no metal para equilibrar las cargas.
Este proceso se basa en la regla de que la suma de las cargas en un compuesto debe ser igual a cero.
Ejercicio 9:Un compuesto químico está formado por iones de calcio (Ca²⁺) y fosfato (PO₄³⁻). ¿Cuál es la fórmula química del fosfato de calcio? Explica el proceso de formulación inorgánica que has seguido para obtenerla.
Solución: Respuesta: La fórmula química del fosfato de calcio es \( \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \).
Explicación: Para determinar la fórmula del fosfato de calcio, seguimos estos pasos:
1. Identificación de los iones: El compuesto está formado por iones de calcio \( \text{Ca}^{2+} \) y fosfato \( \text{PO}_4^{3-} \).
2. Equilibrio de cargas: Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, debemos equilibrar las cargas de los iones. El ion de calcio tiene una carga de +2 y el ion fosfato tiene una carga de -3.
3. Cálculo de la proporción de iones:
- Si usamos 3 iones de \( \text{Ca}^{2+} \) (carga total de +6), necesitamos 2 iones de \( \text{PO}_4^{3-} \) (carga total de -6) para equilibrar la carga total del compuesto.
4. Escritura de la fórmula: La fórmula se construye colocando los índices correspondientes a cada ion. Así, se obtiene \( \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \).
Con esto, hemos encontrado la fórmula química del fosfato de calcio.
Ejercicio 10:Un compuesto químico está formado por dos elementos, A y B. Se sabe que el elemento A tiene un peso atómico de 10 u y el elemento B tiene un peso atómico de 20 u. Si en la formación del compuesto, el número de átomos de A es el doble que el número de átomos de B, determina la fórmula empírica del compuesto y su fórmula molecular, sabiendo que la masa molar del compuesto es de 70 g/mol. Explica cada uno de los pasos que has seguido para llegar a la solución.
Solución: Respuesta: La fórmula empírica del compuesto es \( \text{A}_2\text{B} \) y su fórmula molecular es \( \text{A}_2\text{B} \).
► Breve explicación de los pasos seguidos:
1. Identificación de los elementos y sus pesos atómicos:
- Elemento A: peso atómico = 10 u
- Elemento B: peso atómico = 20 u
2. Relación entre los átomos:
- Se sabe que el número de átomos de A es el doble que el número de átomos de B. Si llamamos \( n \) al número de átomos de B, entonces el número de átomos de A será \( 2n \).
3. Cálculo de la masa molar del compuesto:
- La masa molar del compuesto se puede calcular como:
\[
\text{Masa molar} = (2n \times 10) + (n \times 20) = 20n + 20n = 40n
\]
4. Igualación a la masa molar dada:
- Se nos proporciona que la masa molar del compuesto es 70 g/mol, por lo que tenemos:
\[
40n = 70
\]
- Resolviendo para \( n \):
\[
n = \frac{70}{40} = 1.75
\]
5. Determinación del número de átomos en la fórmula empírica:
- Dado que \( n = 1.75 \), el número de átomos de B es 1.75 y el de A es \( 2n = 3.5 \). Para obtener números enteros, multiplicamos ambos por 2:
- Átomos de A: \( 3.5 \times 2 = 7 \)
- Átomos de B: \( 1 \times 2 = 2 \)
6. Construcción de la fórmula empírica:
- La fórmula empírica es \( \text{A}_7\text{B}_2 \).
7. Cálculo de la fórmula molecular:
- Dado que la fórmula empírica se simplifica a la misma proporción de átomos y la masa molar calculada con la fórmula empírica (que resultó ser 70 g/mol) coincide con la masa molar del compuesto, concluimos que la fórmula molecular también es \( \text{A}_2\text{B} \).
Por lo tanto, la respuesta final es que la fórmula empírica y molecular del compuesto es \( \text{A}_2\text{B} \).
Ejercicio 11:Un compuesto iónico se forma a partir de un catión de hierro con una carga de +3 y un anión de cloruro.
1. ¿Cuál es la fórmula química del compuesto resultante?
2. Si se requiere 0.5 moles de este compuesto para una reacción, ¿cuántos gramos se necesitan? (Considera que la masa molar del cloruro de hierro (III) es 162.2 g/mol).
Desarrolla tu respuesta detalladamente, incluyendo la formulación y los cálculos necesarios.
Solución: Respuesta: La fórmula química del compuesto resultante es \( \text{FeCl}_3 \) y se necesitan 81.1 gramos de este compuesto.
► Explicación:
1. Determinación de la fórmula química:
- El catión de hierro tiene una carga de +3, que lo representa como \( \text{Fe}^{3+} \).
- El anión de cloruro tiene una carga de -1, representado como \( \text{Cl}^- \).
- Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, se necesitan tres aniones de cloruro para equilibrar un catión de hierro. Por lo tanto, la fórmula química del compuesto iónico es \( \text{FeCl}_3 \).
2. Cálculo de la masa en gramos:
- Se requiere 0.5 moles de \( \text{FeCl}_3 \).
- La masa molar del cloruro de hierro (III) es 162.2 g/mol.
- Para encontrar la masa necesaria, se utiliza la siguiente fórmula:
\[
\text{Masa} = \text{número de moles} \times \text{masa molar}
\]
Sustituyendo los valores:
\[
\text{Masa} = 0.5 \, \text{mol} \times 162.2 \, \text{g/mol} = 81.1 \, \text{g}
\]
Por lo tanto, se necesitan 81.1 gramos del compuesto \( \text{FeCl}_3 \) para la reacción.
Ejercicio 12:Un compuesto iónico está formado por iones de un metal y una no metal. Si en un experimento se obtiene un compuesto cuya fórmula es \( \text{CaCl}_2 \), responde las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es la carga del ion calcio (\( \text{Ca}^{2+} \)) y del ion cloruro (\( \text{Cl}^- \))?
2. Escribe la ecuación de formación del compuesto a partir de sus elementos en estado estándar.
3. Si se disuelven 0.5 moles de \( \text{CaCl}_2 \) en agua, ¿cuántos moles de iones \( \text{Ca}^{2+} \) y \( \text{Cl}^- \) se obtienen en la disolución?
Solución: Respuesta:
1. La carga del ion calcio (\( \text{Ca}^{2+} \)) es \( +2 \) y la carga del ion cloruro (\( \text{Cl}^- \)) es \( -1 \).
2. La ecuación de formación del compuesto \( \text{CaCl}_2 \) a partir de sus elementos en estado estándar es:
\[
\text{Ca (s)} + \text{Cl}_2 (g) \rightarrow \text{CaCl}_2 (s)
\]
3. Si se disuelven 0.5 moles de \( \text{CaCl}_2 \) en agua, se obtienen 0.5 moles de iones \( \text{Ca}^{2+} \) y 1.0 moles de iones \( \text{Cl}^- \) en la disolución.
Explicación:
- La carga del ion calcio es \( +2 \) porque el calcio pertenece al grupo 2 de la tabla periódica y pierde dos electrones al formar el ion. El ion cloruro tiene una carga de \( -1 \) porque el cloro, al ganar un electrón, se convierte en ion negativo.
- La ecuación de formación muestra cómo se combinan el calcio y el cloro para formar el cloruro de calcio.
- Al disolverse \( \text{CaCl}_2 \), se disocia en un ion \( \text{Ca}^{2+} \) y dos iones \( \text{Cl}^- \) por cada fórmula del compuesto. Por lo tanto, de 0.5 moles de \( \text{CaCl}_2 \), se obtienen 0.5 moles de \( \text{Ca}^{2+} \) y \( 0.5 \times 2 = 1.0 \) moles de \( \text{Cl}^- \).
Ejercicio 13:Un compuesto inorgánico X está formado por los elementos A y B. Se sabe que A pertenece al grupo 1 de la tabla periódica y B al grupo 16. Si la valencia de A es +1 y la de B es -2, formula el compuesto X y determina su nombre. Además, si la masa molar de A es 23 g/mol y la de B es 32 g/mol, calcula la masa de 2 moles de X.
Solución: Respuesta: El compuesto X es \( \text{AB}_2 \) y su nombre es disulfuro de sodio. La masa de 2 moles de X es 128 g.
Explicación:
1. Determinación de la fórmula del compuesto:
- A tiene valencia +1 (pertenece al grupo 1, como el sodio, \( \text{Na} \)).
- B tiene valencia -2 (pertenece al grupo 16, como el azufre, \( \text{S} \)).
- Para equilibrar las valencias, se necesitan 2 átomos de B para cada átomo de A.
- Por lo tanto, la fórmula del compuesto es \( \text{AB}_2 \), que se interpreta como \( \text{NaS}_2 \) si consideramos A como sodio y B como azufre.
2. Cálculo de la masa molar de X:
- Masa molar de A (Na) = 23 g/mol
- Masa molar de B (S) = 32 g/mol
- Masa molar de \( \text{AB}_2 \) = \( 23 + (2 \times 32) = 23 + 64 = 87 \) g/mol.
3. Cálculo de la masa de 2 moles de X:
- Masa de 2 moles de \( \text{AB}_2 \) = \( 2 \times 87 = 174 \) g.
Sin embargo, revisando el nombre correcto y la lógica, el nombre del compuesto es disulfuro de sodio, que se asocia a la fórmula \( \text{Na}_2\text{S} \). La masa de 2 moles de \( \text{Na}_2\text{S} \) sería 128 g.
Por lo tanto, la respuesta definitiva es:
Compuesto: \( \text{Na}_2\text{S} \),
Masa de 2 moles: 128 g.
Ejercicio 14:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula química \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \).
a) Determina la cantidad de átomos de cada elemento que contiene este compuesto.
b) Escribe la fórmula de su ácido correspondiente y especifica el nombre del mismo.
c) A partir de la fórmula del compuesto, calcula la masa molar del mismo.
d) Si se disuelven 10 gramos de \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) en 500 mL de agua, ¿cuál es la molaridad de la disolución resultante?
Justifica cada uno de tus pasos.
Solución: Respuesta:
a) La cantidad de átomos de cada elemento en \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) es:
- Potasio (K): 2 átomos
- Cromo (Cr): 2 átomos
- Oxígeno (O): 7 átomos
b) La fórmula del ácido correspondiente es \( \text{H}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) y se llama ácido dicrómico.
c) La masa molar de \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) se calcula sumando las masas molares de todos los elementos:
- Masa molar del Potasio (K): \( 39.10 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar del Cromo (Cr): \( 52.00 \, \text{g/mol} \)
- Masa molar del Oxígeno (O): \( 16.00 \, \text{g/mol} \)
Calculamos:
\[
\text{Masa molar} = 2(39.10) + 2(52.00) + 7(16.00) = 78.20 + 104.00 + 112.00 = 294.20 \, \text{g/mol}
\]
d) Para calcular la molaridad (M) de la disolución, utilizamos la fórmula:
\[
\text{Molaridad (M)} = \frac{\text{moles de soluto}}{\text{litros de disolución}}
\]
Primero, calculamos los moles de \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) en 10 g:
\[
\text{Moles} = \frac{\text{masa}}{\text{masa molar}} = \frac{10 \, \text{g}}{294.20 \, \text{g/mol}} \approx 0.034 \, \text{mol}
\]
Luego, convertimos 500 mL a litros:
\[
500 \, \text{mL} = 0.500 \, \text{L}
\]
Finalmente, calculamos la molaridad:
\[
\text{Molaridad} = \frac{0.034 \, \text{mol}}{0.500 \, \text{L}} \approx 0.068 \, \text{M}
\]
Explicación:
- En el primer apartado, contamos los átomos según la fórmula química.
- En el segundo, identificamos el ácido asociado a los aniones presentes en el compuesto.
- En el tercero, sumamos las masas atómicas de cada elemento multiplicadas por su cantidad en la fórmula para obtener la masa molar total.
- En el último paso, calculamos la molaridad dividiendo los moles de soluto por el volumen en litros de la disolución.
Ejercicio 15:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula química \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \). Responde a las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es la masa molar del compuesto?
2. Si se disuelven 0.5 moles de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) en agua, ¿cuántos moles de iones \( \text{Fe}^{3+} \) y \( \text{SO}_4^{2-} \) se generan en la disolución?
3. Escribe la ecuación de disociación del compuesto en agua.
Solución: Respuesta:
1. La masa molar del compuesto \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) es de 399.88 g/mol.
2. Al disolver 0.5 moles de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) se generan 1.0 moles de iones \( \text{Fe}^{3+} \) y 1.5 moles de iones \( \text{SO}_4^{2-} \).
3. La ecuación de disociación del compuesto en agua es:
\[
\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 (s) \rightarrow 2 \text{Fe}^{3+} (aq) + 3 \text{SO}_4^{2-} (aq)
\]
Explicación breve:
1. Para calcular la masa molar, sumamos las masas atómicas de los elementos en la fórmula:
- \( \text{Fe} \): 55.85 g/mol (2 átomos)
- \( \text{S} \): 32.07 g/mol (3 átomos)
- \( \text{O} \): 16.00 g/mol (12 átomos)
La masa molar total es \( (2 \times 55.85) + (3 \times 32.07) + (12 \times 16.00) = 399.88 \, \text{g/mol} \).
2. En la disociación, por cada 1 mol de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) se producen 2 moles de \( \text{Fe}^{3+} \) y 3 moles de \( \text{SO}_4^{2-} \). Por lo tanto, al disolver 0.5 moles de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) se obtienen:
- \( 0.5 \times 2 = 1.0 \) moles de \( \text{Fe}^{3+} \)
- \( 0.5 \times 3 = 1.5 \) moles de \( \text{SO}_4^{2-} \)
3. La ecuación de disociación muestra cómo el compuesto se separa en sus iones en solución acuosa.
Ejercicio 16:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula química \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \). Responde a las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es la cantidad total de átomos presentes en una molécula de este compuesto?
2. Escribe la fórmula de la sal que se forma cuando este compuesto reacciona con ácido clorhídrico (\( \text{HCl} \)).
3. Calcula la masa molar del compuesto \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) utilizando las masas atómicas aproximadas: \( \text{Fe} = 55.85 \, \text{g/mol} \), \( \text{S} = 32.07 \, \text{g/mol} \), \( \text{O} = 16.00 \, \text{g/mol} \).
Justifica cada uno de tus pasos y muestra todos los cálculos realizados.
Solución: Respuesta:
1. Cantidad total de átomos presentes en una molécula de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \):
- Hay 2 átomos de hierro (\( \text{Fe} \)),
- Hay 3 grupos de sulfato (\( \text{SO}_4 \)), cada uno con 1 átomo de azufre (\( \text{S} \)) y 4 átomos de oxígeno (\( \text{O} \)). Por lo tanto, hay:
- \( 3 \times 1 = 3 \) átomos de azufre,
- \( 3 \times 4 = 12 \) átomos de oxígeno.
- La cantidad total de átomos es:
\[
2 (\text{Fe}) + 3 (\text{S}) + 12 (\text{O}) = 17 \text{ átomos.}
\]
2. Fórmula de la sal que se forma cuando \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \) reacciona con \( \text{HCl} \):
- La reacción completa se puede expresar como:
\[
\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6 \text{HCl} \rightarrow 2 \text{FeCl}_3 + 3 \text{H}_2\text{SO}_4.
\]
- Por lo tanto, la sal que se forma es \( \text{FeCl}_3 \).
3. Cálculo de la masa molar de \( \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 \):
- Para calcular la masa molar, sumamos las masas de todos los átomos en la fórmula:
- Masa de \( \text{Fe} \):
\[
2 \times 55.85 \, \text{g/mol} = 111.70 \, \text{g/mol}
\]
- Masa de \( \text{S} \):
\[
3 \times 32.07 \, \text{g/mol} = 96.21 \, \text{g/mol}
\]
- Masa de \( \text{O} \):
\[
12 \times 16.00 \, \text{g/mol} = 192.00 \, \text{g/mol}
\]
- Sumamos todas las masas para obtener la masa molar total:
\[
111.70 \, \text{g/mol} + 96.21 \, \text{g/mol} + 192.00 \, \text{g/mol} = 399.91 \, \text{g/mol}.
\]
► Resumen de Resultados:
1. Total de átomos: 17 átomos.
2. Fórmula de la sal: \( \text{FeCl}_3 \).
3. Masa molar: \( 399.91 \, \text{g/mol} \).
Estos pasos muestran cómo se puede analizar un compuesto inorgánico, calcular su masa molar y predecir los productos de una reacción química.
Ejercicio 17:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula general \( \text{AB}_n \), donde \( \text{A} \) es un metal del grupo 2 de la tabla periódica y \( \text{B} \) es un no metal del grupo 17. Si se sabe que el metal \( \text{A} \) tiene una valencia de +2 y el no metal \( \text{B} \) tiene una valencia de -1, determina la fórmula empírica del compuesto. Además, si \( n = 3 \), escribe la fórmula molecular del compuesto y nombra el compuesto siguiendo las reglas de la nomenclatura inorgánica.
Solución: Respuesta: La fórmula empírica del compuesto inorgánico es \( \text{AB}_n \) y, para \( n = 3 \), la fórmula molecular es \( \text{AB}_3 \). El nombre del compuesto es "fluoruro de magnesio".
Explicación:
- El metal \( \text{A} \) es un metal del grupo 2 (como el magnesio, \( \text{Mg} \)), que tiene una valencia de +2.
- El no metal \( \text{B} \) es del grupo 17 (como el flúor, \( \text{F} \)), que tiene una valencia de -1.
- Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, la cantidad de átomos de \( \text{B} \) debe ser suficiente para equilibrar la carga del metal \( \text{A} \). Por lo tanto, si \( \text{A} \) tiene una valencia de +2 y \( \text{B} \) tiene una de -1, se necesitan 2 átomos de \( \text{B} \) para equilibrar la carga de un átomo de \( \text{A} \).
- Cuando \( n = 3 \), la fórmula molecular resultante es \( \text{AB}_3 \). Si consideramos que \( \text{A} \) es \( \text{Mg} \) y \( \text{B} \) es \( \text{F} \), el compuesto se nombra como "fluoruro de magnesio".
Ejercicio 18:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{C}_3\text{H}_8\text{O} \). Si se sabe que su masa molar es de 76 g/mol, determina la fórmula molecular del compuesto. Además, indica el tipo de enlace que se presenta en el compuesto y clasifícalo según su naturaleza química.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{16}\text{O}_2 \).
Para determinar la fórmula molecular a partir de la fórmula empírica \( \text{C}_3\text{H}_8\text{O} \), primero calculamos su masa molar:
- Masa molar de \( \text{C}_3\text{H}_8\text{O} \):
\[
3 \times 12 \, \text{g/mol} \, (\text{C}) + 8 \times 1 \, \text{g/mol} \, (\text{H}) + 1 \times 16 \, \text{g/mol} \, (\text{O}) = 36 \, \text{g/mol} + 8 \, \text{g/mol} + 16 \, \text{g/mol} = 60 \, \text{g/mol}
\]
Ahora, dividimos la masa molar del compuesto (76 g/mol) por la masa molar de la fórmula empírica (60 g/mol):
\[
\frac{76 \, \text{g/mol}}{60 \, \text{g/mol}} \approx 1.27
\]
Este resultado indica que la fórmula molecular es un múltiplo de la fórmula empírica. Para obtener un número entero, multiplicamos la fórmula empírica por 2:
\[
\text{Fórmula molecular} = \text{C}_{3 \times 2}\text{H}_{8 \times 2}\text{O}_{1 \times 2} = \text{C}_6\text{H}_{16}\text{O}_2
\]
En cuanto al tipo de enlace que se presenta en el compuesto, se trata de enlaces covalentes, ya que los átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno comparten electrones.
Clasificación según su naturaleza química: se clasifica como un compuesto orgánico, aunque es un compuesto inorgánico debido a su fórmula empírica y el hecho de que contiene oxígeno y no es un hidrocarburo.
Ejercicio 19:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \). Si se sabe que su masa molar es de 90 g/mol, determina su fórmula molecular. Además, indica si el compuesto es un alcano, alqueno o alquino, y justifica tu respuesta.
Solución: Respuesta: La fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \).
Para determinar la fórmula molecular, primero calculamos la masa molar de la fórmula empírica \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \):
- Carbono (C): \( 12.01 \, \text{g/mol} \times 3 = 36.03 \, \text{g/mol} \)
- Hidrógeno (H): \( 1.008 \, \text{g/mol} \times 6 = 6.048 \, \text{g/mol} \)
- Oxígeno (O): \( 16.00 \, \text{g/mol} \times 1 = 16.00 \, \text{g/mol} \)
Sumando estas masas, la masa molar de la fórmula empírica es:
\[
36.03 + 6.048 + 16.00 = 58.078 \, \text{g/mol}
\]
Ahora, para encontrar la relación entre la masa molar del compuesto y la masa molar de la fórmula empírica, dividimos la masa molar del compuesto (90 g/mol) entre la masa molar de la fórmula empírica (58.078 g/mol):
\[
\frac{90 \, \text{g/mol}}{58.078 \, \text{g/mol}} \approx 1.55 \approx 1.5
\]
Dado que este resultado no es un número entero, buscamos el entero más próximo que mantenga la proporción con la fórmula empírica. Multiplicamos la fórmula empírica por 2:
\[
\text{Fórmula molecular} = \text{C}_{3 \times 2}\text{H}_{6 \times 2}\text{O}_{1 \times 2} = \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2
\]
En cuanto a la clasificación del compuesto, observamos que tiene enlaces dobles en su estructura, ya que con la fórmula general de los hidrocarburos:
- Alcanos: \( \text{C}_n\text{H}_{2n+2} \)
- Alquenos: \( \text{C}_n\text{H}_{2n} \)
- Alquinos: \( \text{C}_n\text{H}_{2n-2} \)
Para \( n = 6 \):
- Alcano: \( \text{C}_6\text{H}_{14} \)
- Alqueno: \( \text{C}_6\text{H}_{12} \)
- Alquino: \( \text{C}_6\text{H}_{10} \)
La fórmula \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \) indica que hay un doble enlace o un anillo, por lo que el compuesto es un alqueno.
Ejercicio 20:Un compuesto inorgánico tiene la fórmula empírica \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \). Si se determina que su masa molar es de 86 g/mol, ¿cuál es la fórmula molecular del compuesto? Justifica tu respuesta mostrando los pasos de tu razonamiento.
Solución: Respuesta: \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \)
Para determinar la fórmula molecular a partir de la fórmula empírica, seguimos estos pasos:
1. Calcular la masa molar de la fórmula empírica:
La fórmula empírica es \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O} \).
- Masa de \( \text{C} \): \( 3 \times 12.01 \, \text{g/mol} = 36.03 \, \text{g/mol} \)
- Masa de \( \text{H} \): \( 6 \times 1.008 \, \text{g/mol} = 6.048 \, \text{g/mol} \)
- Masa de \( \text{O} \): \( 1 \times 16.00 \, \text{g/mol} = 16.00 \, \text{g/mol} \)
Sumando las masas:
\[
\text{Masa molar de } \text{C}_3\text{H}_6\text{O} = 36.03 + 6.048 + 16.00 = 58.078 \, \text{g/mol}
\]
2. Determinar el factor de multiplicación:
Sabemos que la masa molar del compuesto es \( 86 \, \text{g/mol} \). Para encontrar el factor \( n \):
\[
n = \frac{\text{Masa molar del compuesto}}{\text{Masa molar de la fórmula empírica}} = \frac{86 \, \text{g/mol}}{58.078 \, \text{g/mol}} \approx 1.48
\]
Dado que \( n \) debe ser un número entero, redondeamos a \( 1.5 \), lo que indica que la fórmula molecular es el doble de la empírica.
3. Calcular la fórmula molecular:
Multiplicamos los subíndices de la fórmula empírica por 2:
\[
\text{C}_{3 \times 2}\text{H}_{6 \times 2}\text{O}_{1 \times 2} = \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2
\]
Por lo tanto, la fórmula molecular del compuesto es \( \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2 \).
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Resumen del Temario de Formulación Inorgánica 3º ESO
En este módulo, hemos explorado los conceptos fundamentales de la formulación inorgánica, esenciales para comprender la composición y estructura de los compuestos químicos. A continuación, se presenta un resumen de los temas cubiertos:
Introducción a la formulación química
Nomenclatura de compuestos inorgánicos
Tipos de enlaces químicos
Composición de sales, ácidos y bases
Reacciones químicas y su representación
Ejercicios prácticos de formulación
La formulación inorgánica se refiere al proceso de asignar nombres y fórmulas a los compuestos químicos. Es crucial recordar que:
– Los compuestos iónicos se forman entre metales y no metales. La fórmula se obtiene combinando los iones de los elementos involucrados, asegurando que la carga total sea cero.
– La nomenclatura de los compuestos inorgánicos se basa en reglas específicas, como el uso de prefijos para indicar la cantidad de átomos y la terminación de los nombres que varía según el tipo de compuesto.
– Los enlaces químicos pueden ser iónicos o covalentes, y es importante identificar el tipo para formular correctamente los compuestos.
– La composición de sales, ácidos y bases se aborda a través de su fórmula química, que indica la proporción de los elementos presentes en el compuesto.
– La representación de reacciones químicas es fundamental para entender cómo se combinan y descomponen los compuestos, y se expresa mediante ecuaciones balanceadas.
Recuerda que si tienes dudas al realizar los ejercicios, puedes consultar el temario o preguntar a tu profesor. ¡Sigue practicando y consolidando tus conocimientos en formulación inorgánica!