Exercicis: Massa atòmica i massa molecular

Què és la massa atòmica d'un element i en quina unitat es mesura? Busca a la taula periòdica la massa atòmica del carboni i la de l'oxigen, i digues quin dels dos àtoms pesa més.

Aquestes són les masses atòmiques de quatre elements: $\text{H} = 1\ \text{u}$, $\text{C} = 12\ \text{u}$, $\text{N} = 14\ \text{u}$ i $\text{O} = 16\ \text{u}$.

1. a) Quantes vegades pesa més un àtom de carboni que un d'hidrogen?
2. b) I un de nitrogen que un d'hidrogen?

L'oxigen que respirem viatja per l'aire formant molècules de $\text{O}_2$. Si la massa atòmica de l'oxigen és $16\ \text{u}$, calcula la massa molecular del $\text{O}_2$.

La figura mostra el model d'una molècula d'aigua.

Calcula la massa molecular de l'aigua, $\text{H}_2\text{O}$ (masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El gas que forma les bombolles dels refrescos és diòxid de carboni, $\text{CO}_2$. La figura mostra la seva molècula.

Calcula la seva massa molecular (masses atòmiques: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

La sal que posem al menjar és $\text{NaCl}$. Calcula la seva massa molecular (masses atòmiques: $\text{Na} = 23\ \text{u}$; $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$).

El gas nitrogen, $\text{N}_2$, es fa servir per omplir les bosses de patates fregides i conservar-les cruixents. Calcula la seva massa molecular (massa atòmica: $\text{N} = 14\ \text{u}$).

Explica amb les teves paraules la diferència entre massa atòmica i massa molecular, i posa un exemple de cadascuna.

Les petxines dels mol·luscs i el guix de l'escola estan fets de carbonat de calci, $\text{CaCO}_3$. La figura mostra els àtoms que el formen.

Calcula la seva massa molecular (masses atòmiques: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

La glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, és el sucre que fan servir els teus músculs quan fas esport. Calcula la seva massa molecular (masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

L'àcid sulfúric, $\text{H}_2\text{SO}_4$, es fa servir a les bateries dels cotxes. Calcula la seva massa molecular (masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El gas natural de les cuines és metà, $\text{CH}_4$, i l'amoníac d'alguns productes de neteja és $\text{NH}_3$. La figura mostra les seves molècules.

1. a) Calcula la massa molecular de cadascun.
2. b) Quina de les dues molècules pesa més?

(Masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{N} = 14\ \text{u}$.)

La massa molecular del $\text{CO}_2$ és $44\ \text{u}$ i la massa atòmica de l'oxigen és $16\ \text{u}$. Observa el model de la figura.

Sense mirar la taula periòdica, dedueix quina és la massa atòmica del carboni i explica com ho has fet.

La calç apagada, que es fa servir en obres i horts, té per fórmula $\text{Ca(OH)}_2$. La figura mostra la seva estructura.

Calcula la seva massa molecular amb compte: el subíndex $2$ de fora del parèntesi multiplica tot el que hi ha a dins (masses atòmiques: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{H} = 1\ \text{u}$).

Una molècula d'oxigen, $\text{O}_2$, pesa $32\ \text{u}$ i una de nitrogen, $\text{N}_2$, pesa $28\ \text{u}$. Una molècula d'hidrogen, $\text{H}_2$, pesa només $2\ \text{u}$.

1. a) Quantes molècules d'hidrogen fan falta, juntes, per pesar el mateix que una molècula d'oxigen?
2. b) I per pesar el mateix que una de nitrogen?

Ordena aquestes molècules de menor a major massa molecular, calculant abans la massa de cadascuna: $\text{SO}_2$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ i $\text{CH}_4$ (masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

La massa molecular del carbonat de calci, $\text{CaCO}_3$, és $100\ \text{u}$. La barra de la figura mostra com es reparteix aquesta massa.

1. a) Calcula quin percentatge de la massa correspon al calci ($40\ \text{u}$).
2. b) Fes el mateix per al carboni ($12\ \text{u}$) i per a l'oxigen (tres àtoms de $16\ \text{u}$ en total).
3. c) Comprova que els tres percentatges sumen $100\ \%$.

El diòxid de sofre, $\text{SO}_2$, l'emeten els volcans i també s'utilitza com a conservant en els fruits secs.

1. a) Calcula la seva massa molecular ($\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).
2. b) Quin percentatge de la massa de la molècula és sofre? I oxigen?
3. c) Explica per què els dos percentatges han de sumar exactament $100\ \%$.

La massa atòmica del clor que apareix a la taula és $35,5\ \text{u}$, però cap àtom de clor no pesa exactament això: uns àtoms de clor pesen $35\ \text{u}$ i uns altres pesen $37\ \text{u}$ (són els anomenats isòtops). La figura representa els dos tipus d'àtoms.

1. a) Explica amb les teves paraules com és possible que la massa atòmica de la taula sigui $35,5\ \text{u}$.
2. b) Raona quin dels dos tipus d'àtoms de clor deu ser més abundant a la natura.

Una sal formada per un metall i clor té per fórmula $\text{XCl}_2$ i per massa molecular $111\ \text{u}$. La figura en mostra el model.

1. a) Sabent que $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$, calcula la massa atòmica de l'element $\text{X}$.
2. b) Busca-la a la taula periòdica i identifica l'element.
3. c) Escriu el nom complet de la sal.

Una molècula de glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, té una massa molecular de $180\ \text{u}$.

1. a) Quantes molècules d'aigua ($18\ \text{u}$) pesen el mateix que una molècula de glucosa?
2. b) Quantes molècules d'hidrogen ($2\ \text{u}$)?
3. c) Fes el mateix càlcul amb l'oxigen ($32\ \text{u}$). En resulta un nombre enter? Explica què significa que no surti exacte.

L'aire és, aproximadament, un $80\ \%$ de nitrogen $\text{N}_2$ ($28\ \text{u}$) i un $20\ \%$ d'oxigen $\text{O}_2$ ($32\ \text{u}$). La figura representa una mostra d'aire.

1. a) Calcula la massa molecular mitjana de l'aire. Pista: pondera cada massa segons el seu percentatge.
2. b) Pesa una molècula de $\text{CO}_2$ ($44\ \text{u}$) més o menys que una molècula «mitjana» d'aire?
3. c) Utilitza el resultat per raonar per què, en una habitació tancada i sense corrents d'aire on es desprèn $\text{CO}_2$ (per exemple, un celler on fermenta most), aquest gas tendeix a acumular-se a prop de terra.

Compara sense balança, només amb càlculs:

1. a) Què pesa més: dues molècules d'aigua ($18\ \text{u}$ cadascuna) o una molècula d'oxigen ($32\ \text{u}$)?
2. b) I tres molècules de nitrogen ($28\ \text{u}$ cadascuna) o dues de diòxid de carboni ($44\ \text{u}$ cadascuna)?
3. c) Explica el procediment que has seguit per comparar-les.

Dues bosses tancades contenen cadascuna $100$ molècules: la primera conté metà, $\text{CH}_4$, i la segona diòxid de sofre, $\text{SO}_2$ (masses atòmiques: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

1. a) Calcula la massa molecular de cada gas.
2. b) Quant pesa, en $\text{u}$, el contingut de cada bossa?
3. c) Quantes vegades pesa més una bossa que l'altra? Justifica-ho.