Investiga una reacción química entre un ácido y una base. Representa los compuestos reactantes y los productos. Indica la ley de la conservación de la materia.

HCl + NaOH NaCl + H_2O; 76,46 g/mol en ambos lados

Libro de Química 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Masa molecular y composición porcentual de compuestos en una reacción química

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Respuesta rápida

2.a: M = C₄H₁₀ 58,12; O₂ 32,00; CO₂ 44,01; H₂O 18,02 g/mol. Ecuación: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O. 2.b: HCl + NaOH → NaCl + H₂O; 76,46 g/mol en reactantes y productos (conservación de la masa).

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Solución — Página 141

Quimica 2° · 2024

Ejercicio 2

Enunciado: Calcula la masa molecular y la composición porcentual de los compuestos químicos de la reacción de combustión del butano y, aparte, investiga una reacción ácido-base, representando reactantes y productos e indicando la ley de conservación de la masa.

Parte 2.a

— Combustión del butano

La reacción descrita es la combustión completa del butano ( $\mathrm{C_4H_{10}}$ ), que produce dióxido de carbono, agua y calor (llama).

Escribo la ecuación no balanceada: $\mathrm{C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$
Balanceo el carbono (4 C): necesito $4\,\mathrm{CO_2}$ .
Balanceo el hidrógeno (10 H): necesito $5\,\mathrm{H_2O}$ .
Balanceo el oxígeno: los productos tienen $4(2) + 5(1) = 13$ átomos de O, luego necesito $\frac{13}{2}\,\mathrm{O_2}$ . Multiplico toda la ecuación por 2 para dejar coeficientes enteros: $\mathrm{2\,C_4H_{10} + 13\,O_2 \rightarrow 8\,CO_2 + 10\,H_2O}$
Masas moleculares (at. C = 12,01; H = 1,008; O = 16,00):
- Butano: $M(\mathrm{C_4H_{10}}) = 4(12,01) + 10(1,008) = 48,04 + 10,08 = 58,12\,\text{g/mol}$
- Oxígeno: $M(\mathrm{O_2}) = 2(16,00) = 32,00\,\text{g/mol}$
- Dióxido de carbono: $M(\mathrm{CO_2}) = 12,01 + 2(16,00) = 44,01\,\text{g/mol}$
- Agua: $M(\mathrm{H_2O}) = 2(1,008) + 16,00 = 18,02\,\text{g/mol}$
Composición porcentual (%m/m de cada elemento):
- $\mathrm{C_4H_{10}}$ : C = $\frac{48,04}{58,12}\times 100 = 82,66\%$ ; H = $\frac{10,08}{58,12}\times 100 = 17,34\%$
- $\mathrm{CO_2}$ : C = $\frac{12,01}{44,01}\times 100 = 27,29\%$ ; O = $\frac{32,00}{44,01}\times 100 = 72,71\%$
- $\mathrm{H_2O}$ : H = $\frac{2,016}{18,02}\times 100 = 11,19\%$ ; O = $\frac{16,00}{18,02}\times 100 = 88,81\%$
Verificación de la conservación de la masa con la ecuación balanceada:
- Reactantes: $2(58,12) + 13(32,00) = 116,24 + 416,00 = 532,24\,\text{g/mol}$
- Productos: $8(44,01) + 10(18,02) = 352,08 + 180,20 = 532,28\,\text{g/mol}$ (la diferencia de 0,04 g/mol es por redondeo; las masas son iguales).

Respuesta

Masa molecular: $\mathrm{C_4H_{10}} = 58,12\,\text{g/mol}$ ; $\mathrm{O_2} = 32,00\,\text{g/mol}$ ; $\mathrm{CO_2} = 44,01\,\text{g/mol}$ ; $\mathrm{H_2O} = 18,02\,\text{g/mol}$ . Ecuación balanceada: $\mathrm{2\,C_4H_{10} + 13\,O_2 \rightarrow 8\,CO_2 + 10\,H_2O}$ .

Parte 2.b

— Reacción entre un ácido y una base

Reacción elegida: ácido clorhídrico y hidróxido de sodio (neutralización): $\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$
Verifico el balance (ya está balanceada): 1 H del lado reactivo (HCl) + 1 H (NaOH) = 2 H en $\mathrm{H_2O}$ ; 1 Cl y 1 Na en cada lado; 1 O en NaOH y 1 O en el agua. Correcta.
Masas moleculares:
- $M(\mathrm{HCl}) = 1,008 + 35,45 = 36,46\,\text{g/mol}$
- $M(\mathrm{NaOH}) = 22,99 + 16,00 + 1,008 = 40,00\,\text{g/mol}$
- $M(\mathrm{NaCl}) = 22,99 + 35,45 = 58,44\,\text{g/mol}$
- $M(\mathrm{H_2O}) = 18,02\,\text{g/mol}$
Composición porcentual:
- $\mathrm{HCl}$ : H = $\frac{1,008}{36,46}\times 100 = 2,77\%$ ; Cl = $\frac{35,45}{36,46}\times 100 = 97,23\%$
- $\mathrm{NaOH}$ : Na = $\frac{22,99}{40,00}\times 100 = 57,48\%$ ; O = $\frac{16,00}{40,00}\times 100 = 40,00\%$ ; H = $\frac{1,008}{40,00}\times 100 = 2,52\%$
- $\mathrm{NaCl}$ : Na = $\frac{22,99}{58,44}\times 100 = 39,34\%$ ; Cl = $\frac{35,45}{58,44}\times 100 = 60,66\%$
- $\mathrm{H_2O}$ : H = 11,19%; O = 88,81%
Ley de conservación de la materia: reactantes $= 36,46 + 40,00 = 76,46\,\text{g/mol}$ ; productos $= 58,44 + 18,02 = 76,46\,\text{g/mol}$ . La masa total se conserva porque los átomos solo se reorganizan (se forman y rompen enlaces), no se crean ni se destruyen.

Respuesta

$\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$ ; masas: 36,46 + 40,00 = 58,44 + 18,02 = 76,46 g/mol; la materia se conserva.

Contenido de la página

Página 140 — Texto de Química (BGU Grado 2)

2. Calculo la masa molecular y la composición porcentual de los compuestos químicos en la siguiente reacción química:

a) Al reaccionar el butano con el oxígeno se produce agua; si le sumamos dióxido de carbono y calor, esta reacción química produce llama, la cual es utilizada para calentar el agua.

b) Investigo una reacción química entre un ácido y una base. Represento los compuestos reactantes y los productos. Indico la ley de la conservación de la materia.

(Cada ítem tiene un recuadro vacío para la respuesta del estudiante.)

Ejemplos resueltos

Calcular el porcentaje de oxígeno en el dióxido de carbono, $M(\mathrm{CO_2}) = 44,01\,\text{g/mol}$ .

$\%\mathrm{O} = \frac{2(16,00)}{44,01}\times 100 = \frac{32,00}{44,01}\times 100 = 72,71\%$ .

Verificar la conservación de la masa en $\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$ .

Reactantes: $36,46 + 40,00 = 76,46\,\text{g/mol}$ . Productos: $58,44 + 18,02 = 76,46\,\text{g/mol}$ . Las masas son iguales.

Tabla

Compuesto	Fórmula	Masa molecular (g/mol)	Composición porcentual
Butano	C₄H₁₀	58,12	82,66 % C; 17,34 % H
Oxígeno	O₂	32,00	100 % O
Dióxido de carbono	CO₂	44,01	27,29 % C; 72,71 % O
Agua	H₂O	18,02	11,19 % H; 88,81 % O
Ácido clorhídrico	HCl	36,46	2,77 % H; 97,23 % Cl
Hidróxido de sodio	NaOH	40,00	57,48 % Na; 40,00 % O; 2,52 % H
Cloruro de sodio	NaCl	58,44	39,34 % Na; 60,66 % Cl

Diagrama

graph LR
  A[C₄H₁₀ butano] -->|+13 O₂| P[8 CO₂ + 10 H₂O + calor]
  B[HCl ácido] -->|+NaOH base| S[NaCl sal + H₂O]

Fórmulas y ecuaciones

% $\text{ elemento}$ = $\frac{\text{masa atómica} \times n}{\text{masa molecular}}$ $\times$ 100

$\sum$ $\text{masas moleculares reactantes}$ = $\sum$ $\text{masas moleculares productos}$

$\mathrm{2\,C_4H_{10} + 13\,O_2 \rightarrow 8\,CO_2 + 10\,H_2O}$

M( $\mathrm{C_4H_{10}}$ ) = 4(12,01) + 10(1,008) = $58,12\$ , $\text{g/mol}$

M( $\mathrm{CO_2}$ ) = 12,01 + 2(16,00) = $44,01\$ , $\text{g/mol}$

M( $\mathrm{H_2O}$ ) = 2(1,008) + 16,00 = $18,02\$ , $\text{g/mol}$

% $\text{ elemento}$ = $\frac{\text{masa atómica} \times n}{M}$ $\times$ 100

$\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$

Glosario (5)

Masa molecular: Suma de las masas atómicas de todos los átomos de una fórmula química, expresada en g/mol.
Composición porcentual: Porcentaje en masa de cada elemento dentro de un compuesto, calculado como (masa del elemento / masa molecular) × 100.
Combustión: Reacción de un combustible con oxígeno que libera calor y produce CO₂ y H₂O.
Neutralización: Reacción entre un ácido y una base que produce una sal y agua.
Ley de conservación de la materia: En una reacción química la masa total de los reactantes es igual a la masa total de los productos.

Preguntas para practicar

¿Por qué esta reacción produce llama y se usa para calentar el agua?

La combustión del butano es una reacción exotérmica: libera una gran cantidad de energía (calor) al formarse enlaces en CO₂ y H₂O, más estables. Ese calor se transfiere al agua para calentarla.

Indica la ley de conservación de la materia en la reacción ácido-base estudiada.

En HCl + NaOH → NaCl + H₂O, la masa total de reactantes (76,46 g/mol) es igual a la masa total de productos (76,46 g/mol); los átomos solo cambian de agrupación, no se crean ni se destruyen.

Temas y conceptos clave

Masa molecularComposición porcentual de compuestosCombustión del butanoReacción ácido-base (neutralización)Balance de ecuacionesConservación de la materiaMasa molecular (g/mol)Composición porcentual elemental %m/mEcuación química balanceadaReactantes y productosConservación de la masa

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📌 Antes de leer esto

• Tabla periódica y masas atómicas
• Fórmulas químicas y nomenclatura básica
• Balance de ecuaciones químicas por coeficientes
• Concepto de mol y masa molar
• Porcentaje masa/masa

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Calculo la masa molecular y la composición porcentual de los compuestos químicos en la

siguiente reacción química:

a) Al reaccionar el butano con el oxígeno se produce agua, si le sumamos dióxido de carbono y calor, esta reacción química produce llama, la cual es utilizada para calentar el agua.

)

b) Investigo una reacción química entre un ácido y una base. Represento los compuestos reactantes y los productos. Indico la ley de la conservación de la materia.

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