Examen de Principios de Química y Estructura – Septiembre 2015 | Soluciones de las preguntas 25, 26 y 27

(BLOQUE 2) 25. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS.) Se queman 2,08 g de fósforo en un reactor cerrado de 5 litros de capacidad que contiene oxígeno puro. La presión es de 1 atm y la temperatura es de 25 ºC. Se producen 3,70 g de un óxido de fósforo gaseoso. Después de completarse la reacción se aísla el óxido de fósforo formado y en un experimento de difusión mutua con CO₂ se comprueba que la velocidad de difusión de este es 2,237 veces la del óxido de fósforo. ¿Cuántos gramos de O₂ quedan sin reaccionar? (Pesos atómicos: P = 31, O = 16, C = 12. Considérese comportamiento ideal de los gases y despreciable el volumen ocupado por el fósforo inicial.)

(A). 6,55 g
(B). 4,93 g
(C). 1,62 g
(D). 3,70 g

Solución: B. El recipiente de 5 L contiene un sólido de volumen despreciable (fósforo) y un gas (O₂). Se aplica la fórmula de los gases ideales para saber la masa de oxígeno existente: pV = nRT = (m/M)RT);  m = pVM/(RT) = 6,55 g de oxígeno. Por otro lado, se sabe que el óxido pesa 3,70 g, de los cuales 2,08 son de P. Por lo tanto, se han unido al P (3,70 – 2,08) = 1,62 g de O. Entonces, quedan sin reaccionar (6,55 – 1,62) = 4,93 g de O.

26. (ESTA PREGUNTA, LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE ESTÁN RELACIONADAS.) ¿Cuál es la fórmula empírica del óxido de fósforo formado?

(A). PO₂
(B). P₂O₅
(C). PO₃
(D). Ninguna de las otras

Solución: D. La relación de moles de P y O en el óxido de fosforo formado es [2,08 g P / (31 g P /mol P)] : [1,62 g O / (16 g O /mol O)] = 0,0671 mol P : 0,101 mol O. Dividiendo por la cantidad menor queda: 1 mol P : 1,51 mol O. Y multiplicando por 2 se obtiene aproximadamente la relación 2 mol P : 3 mol O. La fórmula empírica es, pues: P₂O₃.

27. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS ANTERIORES ESTÁN RELACIONADAS.) ¿Cuál es la fórmula molecular del óxido de fósforo formado?

(A). P₂O₄
(B). P₂O₅
(C). P₄O₆
(D). P₃O₇

Solución: C. Necesitamos conocer el peso molecular del óxido formado. Para ello aplicamos la ley de Graham de la difusión: v₁/v₂ = (M₂/M₁)^1/2. Si llamamos 1 al CO₂, con los datos del enunciado podemos escribir: 2,237v₂/v₂ = (M₂/44)^1/2, de donde M₂ = 220,1. La fórmula empírica, según se averiguó en el apartado anterior, es P₂O₃, cuyo «peso formular» es 110. Por tanto, como el peso molecular es muy aproximadamente el doble (220,1), la fórmula molecular será el doble de la empírica: P₄O₆.