Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2024 (2s) | Soluciones de las preguntas 22, 23 y 24

(BLOQUE 1) 22. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS). Un compuesto tiene la siguiente composición porcentual: N: 35 %, O: 60 %; H: 5 %. ¿Cuál de las siguientes podría ser su fórmula empírica? (Pesos atómicos: N: 14; O: 16; H: 1).

(A). N₃O₄H₅
(B). N₃O₆H₅
(C). N₂O₃H₄
(D). N₂O₃H₈

Solución: C. Si partimos de 100 g del compuesto tendremos 35 g de N, 60 g de O y 5 g de H. Dividiendo estas masas entre sus correspondientes pesos atómicos obtendremos los moles de átomos de cada elemento en 100 g: N: 35 / 14 = 2,5; O: 60 / 16 = 3,75; H: 5 / 1 = 5.

Una fórmula empírica sería, pues, N_2,5O_3,75H₅. La dividiremos por el número menor para tratar de expresarla con números enteros sencillos: NO_1,5H₂. Como aún no se obtienen números enteros, multiplicaremos por 2: N₂O₃H₄. De las fórmulas dadas, la respuesta solo puede ser NH₄NO₃.

23. (ESTA PREGUNTA ESTÁ RELACIONADA CON LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE). ¿Cuánto amoniaco se podría producir teóricamente como máximo a partir de 100 g del compuesto anterior?

(A). 17 g
(B). 28,3 g
(C). 42,5 g
(D). 50 g

Solución: B. Según la composición porcentual que se nos ha dado, en 100 g hay 35 g de nitrógeno y 5 g de hidrógeno. La molécula de amoniaco es NH₃. Como el peso atómico del N es 14 y el del H es 1, se necesitan 14 g de N por cada 3 g de H para formar 17 g de amoniaco.

Como la proporción de masas entre el H y el N en el NH₃ es 3/14, los 35 g de N de que disponemos requerirían 35 (3/14) = 7,5 g de H. Pero como no disponemos de 7,5 g de H, sino solo de 5 g, el H es el “reactivo limitante” y los cálculos hay que hacerlos con él.

Los 5 g de H reaccionarían con 5 (14/3) = 23,3 g de N. Sumando esa cantidad de N a los 5 g de H empleados se obtienen 28,3 g de NH₃.

Nótese que no es necesario conocer la reacción de producción de NH₃ a partir de NH₄NO₃ porque el enunciado pide que se calcule la cantidad máxima que se podría obtener teóricamente haciendo uso del todo el N y todo el H.

24. (ESTA PREGUNTA ESTÁ RELACIONADA CON LAS DOS ANTERIORES). ¿Cuánto monóxido de nitrógeno se podría extraer teóricamente de 100 g del compuesto?

(A). 30 g
(B). 60 g
(C). 75 g
(D). 100 g

Solución: C. Se procede como en el apartado anterior.

Según la composición porcentual, en 100 g de NH₄NO₃ hay 60 g de O y 35 g de N.

Supongamos que O es el “reactivo limitante”, es decir, que se usa todo el O que hay en los 100 g de NH₄NO₃ para formar NO. Como el peso molecular de NO es 30 y 1 mol de esa especie contiene 14 g de N y 16 g de O, la cantidad máxima teórica de N que se podría combinar con los 60 g de O sería 60 (14/16) = 52,5 g. Como solo disponemos de 35 g, el N limitaría la reacción y habría que rehacer los cálculos basándonos en él.  

Disponemos, entonces, de 35 g de N. La cantidad de O que puede reaccionar con esos 35 g de N para dar NO sería 35 (16/14) = 40 g. La masa de NO obtenida sería 35 + 40 = 75 g.