Calcula la masa molecular y la composición porcentual de los compuestos químicos de la siguiente reacción.
Enunciado: Al reaccionar el butano con el oxígeno se produce agua, y al sumarse dióxido de carbono y calor, esta reacción química produce llama, la cual es utilizada para calentar el agua.
Paso 1. Escribir la ecuación química y balancearla.
Combustión completa del butano (\text{C}_4\text{H}_{10}):
2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O} + \text{calor y luz (llama)}
Verificación de balanceo: átomos de C: 2 \times 4 = 8 en reactantes y 8 en productos; H: 2 \times 10 = 20 y 10 \times 2 = 20; O: 13 \times 2 = 26 y (8 \times 2) + (10 \times 1) = 26. La ecuación está balanceada.
Paso 2. Masa molecular de cada compuesto.
- Butano \text{C}_4\text{H}_{10}:
M = (4 \times 12{,}01) + (10 \times 1{,}008) = 48{,}04 + 10{,}08 = 58{,}12 \, \text{g/mol}
- Dióxido de carbono \text{CO}_2:
M = 12{,}01 + (2 \times 16{,}00) = 12{,}01 + 32{,}00 = 44{,}01 \, \text{g/mol}
- Agua \text{H}_2\text{O}:
M = (2 \times 1{,}008) + 16{,}00 = 2{,}016 + 16{,}00 = 18{,}016 \approx 18{,}02 \, \text{g/mol}
- Oxígeno \text{O}_2 (es elemento, no compuesto):
M = 2 \times 16{,}00 = 32{,}00 \, \text{g/mol}, \quad \%\text{O} = 100\%
Paso 3. Composición porcentual en masa (%). Se usa \%\text{X} = \dfrac{n \times M_{\text{X}}}{M_{\text{total}}} \times 100.
- Butano \text{C}_4\text{H}_{10}:
\%\text{C} = \frac{48{,}04}{58{,}12} \times 100 = 82{,}66\%
\%\text{H} = \frac{10{,}08}{58{,}12} \times 100 = 17{,}34\%
Comprobación: 82{,}66\% + 17{,}34\% = 100\%.
- Dióxido de carbono \text{CO}_2:
\%\text{C} = \frac{12{,}01}{44{,}01} \times 100 = 27{,}29\%
\%\text{O} = \frac{32{,}00}{44{,}01} \times 100 = 72{,}71\%
Comprobación: 27{,}29\% + 72{,}71\% = 100\%.
- Agua \text{H}_2\text{O}:
\%\text{H} = \frac{2{,}016}{18{,}016} \times 100 = 11{,}19\%
\%\text{O} = \frac{16{,}00}{18{,}016} \times 100 = 88{,}81\%
Comprobación: 11{,}19\% + 88{,}81\% = 100\%.
Respuesta 2.a: M_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 58{,}12 \, \text{g/mol} (82,66 % C y 17,34 % H); M_{\text{CO}_2} = 44{,}01 \, \text{g/mol} (27,29 % C y 72,71 % O); M_{\text{H}_2\text{O}} = 18{,}02 \, \text{g/mol} (11,19 % H y 88,81 % O); M_{\text{O}_2} = 32{,}00 \, \text{g/mol} (100 % O).
Enunciado: 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.
Paso 1. Elegir la reacción: neutralización ácido-base.
Ácido clorhídrico con hidróxido de sodio:
\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}
Reactantes: \text{HCl} (ácido) y \text{NaOH} (base). Productos: \text{NaCl} (cloruro de sodio, sal) y \text{H}_2\text{O} (agua). El H de los reactivos se une al \text{OH}^- de la base.
Paso 2. Verificar el balanceo (conservación de átomos).
- H: 2 en reactantes (1 de \text{HCl} + 1 de \text{NaOH}) y 2 en productos (\text{H}_2\text{O}).
- Cl: 1 en cada lado.
- Na: 1 en cada lado.
- O: 1 en cada lado.
Paso 3. Indicar la ley de conservación de la materia. La masa total de los reactivos iguala la masa total de los productos. Con masas molares: M_{\text{HCl}} = 36{,}46 \, \text{g/mol} y M_{\text{NaOH}} = 40{,}00 \, \text{g/mol}:
36{,}46 + 40{,}00 = 76{,}46 \, \text{g}
En productos: M_{\text{NaCl}} = 58{,}44 \, \text{g/mol} y M_{\text{H}_2\text{O}} = 18{,}02 \, \text{g/mol}:
58{,}44 + 18{,}02 = 76{,}46 \, \text{g}
Por tanto, 76{,}46 = 76{,}46 y la reacción es balanceada según la ley de Lavoisier.
Respuesta 2.b: \text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}, donde 76,46 g de reactivos producen 76,46 g de productos: no se crea ni se destruye materia.
