Página 140 - Libro de Química de Primero de Bachillerato

Pista para resolver

• Busca en la tabla periódica las masas atómicas: C = 12.01 g·mol⁻¹, H = 1.008 g·mol⁻¹, O = 16.00 g·mol⁻¹.
• Aplica la fórmula de masa molar: $$M = \sum n_i\,M_i$$ donde n_i es el número de átomos del elemento i.
• Para la composición porcentual usa: $$\%\,\text{Elemento} = \frac{\text{masa del elemento en 1 mol}}{\text{masa molar del compuesto}}\times100$$
• Comprueba que la suma de los porcentajes de cada elemento en un compuesto sea 100 % (puede variar ±0.01 % por redondeo).

1. Análisis del problema

Debes encontrar la masa molecular (masa molar) y la composición porcentual de cada sustancia que interviene en la combustión del butano:

• Butano: C₄H₁₀
• Oxígeno: O₂
• Agua: H₂O
• Dióxido de carbono: CO₂

2. Resolución paso a paso

1. Masa molar (M) del butano C₄H₁₀
   $$M_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 4(12{.}01) + 10(1{.}008)\;\text{g·mol}^{-1}$$
   $$M_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 48{.}04 + 10{.}08 = 58{.}12\;\text{g·mol}^{-1}$$
2. % de cada elemento en el butano
   $$\%C = \frac{48{.}04}{58{.}12}\times100 \approx 82{.}67\%$$
   $$\%H = \frac{10{.}08}{58{.}12}\times100 \approx 17{.}33\%$$
3. Masa molar del oxígeno O₂
   $$M_{\text{O}_2} = 2(16{.}00) = 32{.}00\;\text{g·mol}^{-1}$$
   Solo contiene O, por lo que:
   $$\%O = 100\%$$
4. Masa molar del agua H₂O
   $$M_{\text{H}_2\text{O}} = 2(1{.}008) + 16{.}00 = 18{.}016\;\text{g·mol}^{-1}$$
   $$\%H = \frac{2{.}016}{18{.}016}\times100 \approx 11{.}19\%$$
   $$\%O = \frac{16{.}00}{18{.}016}\times100 \approx 88{.}81\%$$
5. Masa molar del dióxido de carbono CO₂
   $$M_{\text{CO}_2} = 12{.}01 + 2(16{.}00) = 44{.}01\;\text{g·mol}^{-1}$$
   $$\%C = \frac{12{.}01}{44{.}01}\times100 \approx 27{.}29\%$$
   $$\%O = \frac{32{.}00}{44{.}01}\times100 \approx 72{.}71\%$$

3. Conclusión / Respuesta final

• Butano (C₄H₁₀): M = 58.12 g·mol⁻¹; 82.67 % C, 17.33 % H
• Oxígeno (O₂): M = 32.00 g·mol⁻¹; 100 % O
• Agua (H₂O): M = 18.016 g·mol⁻¹; 11.19 % H, 88.81 % O
• Dióxido de carbono (CO₂): M = 44.01 g·mol⁻¹; 27.29 % C, 72.71 % O

Pista para resolver

• Elige cualquier par ácido-base (por ejemplo H₂SO₄ + KOH, HNO₃ + Ca(OH)₂, etc.).
• Escribe primero las fórmulas de reactantes y productos esperados (sal + agua).
• Balancea la ecuación: cuenta átomos de cada elemento y ajusta coeficientes estequiométricos.
• Para explicar la conservación de la materia, muestra que la suma de átomos de cada elemento es igual en reactantes y productos.
• Recuerda: en neutralizaciones siempre se forma una sal y agua.

1. Análisis del problema

Se solicita: (a) escoger y describir una reacción ácido-base, (b) escribir la ecuación química balanceada y (c) explicar cómo se cumple la ley de conservación de la materia.

2. Resolución paso a paso

1. Selección de la reacción
   Reacción clásica de neutralización:
   $$\text{HCl}_{(aq)} + \text{NaOH}_{(aq)} \rightarrow \text{NaCl}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}$$
2. Balanceo (comprobación)
   Hay 1 átomo de H, 1 de Cl, 1 de Na y 1 O a ambos lados, por lo que la ecuación ya está balanceada.
3. Verificación de la ley de conservación de la materia
   
   • Reactantes: H (1), Cl (1), Na (1), O (1).
   • Productos: H (1), Cl (1), Na (1), O (1).
   El número total de átomos de cada elemento es idéntico antes y después de la reacción; por tanto, la materia se conserva.

3. Conclusión / Respuesta final

La reacción HCl + NaOH → NaCl + H₂O es un ejemplo de neutralización ácido-base donde se cumple la ley de conservación de la materia: los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reordenan para formar nuevas sustancias.