Ampliación: Fórmula empírica y molecular de un compuesto orgánico líquido (7434)

, por F_y_Q

a) Por análisis de un compuesto orgánico líquido se determina que contiene 18.60\% de carbono, 1.55\% de hidrógeno, 24.81\% de oxígeno y el resto de cloro. Determina la fórmula empírica del compuesto.

b) Al evaporar 1.29 g de dicha sustancia en un recipiente cerrado, a la temperatura de 197^oC y presión atmosférica normal, estos ocupan un volumen de 385\ cm^3. ¿Cuál es la fórmula molecular del compuesto?

c) Al disolver 2.064 g del compuesto, en estado líquido, en agua destilada suficiente para obtener 500 mL de disolución, se detecta que esta tiene carácter ácido; 50 \ cm^3 de ella se neutralizan con 32 \ cm^3 de una disolución obtenida al disolver 2 g de hidróxido de sodio puro en agua destilada, hasta conseguir 1 L de disolución. Escribe la posible ecuación química correspondiente a la reacción entre las sustancias e indica el número de moles de cada una de ellas que han reaccionado.

d) ¿Cuál es el pH de la disolución de hidróxido de sodio?


SOLUCIÓN:

Si tomas 100 g como base de cálculo conviertes los porcentajes en masa de cada elemento. Ten en cuenta que el porcentaje de cloro lo calculas por diferencia:

m_{\ce{Cl}} = (100 - 18.6 - 1.55 - 24.81)\ g = \color[RGB]{0,112,192}{\bf 55.04\ g}

Si aplicas las masas atómicas puede obtener los moles de cada uno de ellos por cada molécula:

n_{\ce{Cl}} = 55.04\ \cancel{g}\ Cl\cdot \frac{1\ \text{mol}}{35.5\ \cancel{g}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{1.55\ \ce{mol\ Cl}}}

n_{\ce{C}} = 18.6\ \cancel{g}\ C\cdot \frac{1\ \text{mol}}{12\ \cancel{g}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{1.55\ \ce{mol\ C}}}

n_{\ce{H}} = 1.55\ \cancel{g}\ H\cdot \frac{1\ \text{mol}}{1\ \cancel{g}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{1.55\ \ce{mol\ H}}}

n_{\ce{O}} = 24.81\ \cancel{g}\ O\cdot \frac{1\ \text{mol}}{16\ \cancel{g}} = \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{1.55\ \ce{mol\ O}}}

Todos los elementos están en la misma proporción en la molécula porque obtienes el mismo número de moles, lo que quiere decir que la fórmula empírica es \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\textbf{\ce{(CHOCl)_n}}}}

b) Primero debes calcular la masa molecular de la sustancia por medio de la ecuación de los gases ideales:

PV = nRT\ \to\ PV = \frac{m}{M}RT\ \to\ \color[RGB]{2,112,20}{\bm{M = \frac{mRT}{PV}}}

Sustituyes los datos, teniendo en cuenta que las unidades deben ser homogéneas, y calculas:

M = \frac{1.29\ g\cdot 0.082\ \frac{\cancel{atm}\cdot \cancel{L}}{\cancel{K}\cdot mol}\cdot 470\ \cancel{K}}{1\ \cancel{atm}\cdot 0.385\ \cancel{L}} = \color[RGB]{0,112,192}{\bm{129.1\ \frac{g}{mol}}}

Solo te falta ver cuántas veces está contenida la masa de la fórmula empírica en el dato de la masa molecular que acabas de obtener:

(12 + 1 + 16 + 35.5)\cdot n = 129.1\ \to\ n = \frac{129.1\ \cancel{\frac{g}{mol}}}{64.5\ \cancel{\frac{g}{mol}}} = \color[RGB]{0,112,192}{\bf 2}

La fórmula molecular del compuesto es \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\textbf{\ce{(C2H2O2Cl2)}}}}

c) Como tiene carácter ácido, la sustancia que tienes puede ser un ácido orgánico y su fórmula semidesarrollada sería: \color[RGB]{0,112,192}{\textbf{\ce{CHCl2-COOH}}. La reacción de neutralización que se produciría es:

\fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\textbf{\ce{CHCl2-COOH(aq) + NaOH(aq) -> CHCl2-COONa(aq) + H2O(l)}}}}


Para calcular los moles de cada reactivo basta con que tomes en cuenta la disolución de la base y calcules los moles de \ce{NaOH} que han reaccionado. Los moles del ácido serán los mismos porque la estequiometría de la reacción es 1:1. Los moles de \ce{NaOH} que han reaccionado son:

n_{\ce{CHCl2COOH}} = n_{\ce{NaOH}} = M\cdot V = 2\ \frac{\cancel{g}}{1\ \cancel{L}}\cdot \frac{1\ mol}{40\ \cancel{g}}\cdot 32\ \cancel{mL}\cdot \frac{1\ \cancel{L}}{10^3\ \cancel{mL}} = \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\bm{1.6\cdot 10^{-3}\ mol}}}


d) La molaridad de la disolución es:

M = \frac{2\ \cancel{g}\cdot \frac{1\ mol}{40\ \cancel{g}}}{1\ L} = \color[RGB]{0,112,192}{\bm{0.05\ \frac{mol}{L}}}

Puedes calcular el pOH de esta disolución y luego el pH:

pOH = -log\ [\ce{OH^-}] = -log\ 0.05 = \color[RGB]{0,112,192}{\bf 1.3}

El pH de la disolución es:

pH = 14 - pOH = 14 - 1.3 = \fbox{\color[RGB]{192,0,0}{\bf 12.7}}


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