Ejercicios: Masa atómica y masa molecular

¿Qué es la masa atómica de un elemento y en qué unidad se mide? Busca en la tabla periódica la masa atómica del carbono y la del oxígeno, y di cuál de los dos átomos pesa más.

Estas son las masas atómicas de cuatro elementos: $\text{H} = 1\ \text{u}$, $\text{C} = 12\ \text{u}$, $\text{N} = 14\ \text{u}$ y $\text{O} = 16\ \text{u}$.

1. a) ¿Cuántas veces pesa más un átomo de carbono que uno de hidrógeno?
2. b) ¿Y uno de nitrógeno que uno de hidrógeno?

El oxígeno que respiramos viaja por el aire formando moléculas de $\text{O}_2$. Si la masa atómica del oxígeno es $16\ \text{u}$, calcula la masa molecular del $\text{O}_2$.

La figura muestra el modelo de una molécula de agua.

Calcula la masa molecular del agua, $\text{H}_2\text{O}$ (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El gas que forma las burbujas de los refrescos es dióxido de carbono, $\text{CO}_2$. La figura muestra su molécula.

Calcula su masa molecular (masas atómicas: $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

La sal que echamos a la comida es $\text{NaCl}$. Calcula su masa molecular (masas atómicas: $\text{Na} = 23\ \text{u}$; $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$).

El gas nitrógeno, $\text{N}_2$, se usa para llenar las bolsas de patatas fritas y conservarlas crujientes. Calcula su masa molecular (masa atómica: $\text{N} = 14\ \text{u}$).

Explica con tus palabras la diferencia entre masa atómica y masa molecular, y pon un ejemplo de cada una.

Las conchas de los moluscos y la tiza del colegio están hechas de carbonato de calcio, $\text{CaCO}_3$. La figura muestra los átomos que lo forman.

Calcula su masa molecular (masas atómicas: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

La glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, es el azúcar que usan tus músculos cuando haces deporte. Calcula su masa molecular (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El ácido sulfúrico, $\text{H}_2\text{SO}_4$, se usa en las baterías de los coches. Calcula su masa molecular (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).

El gas natural de las cocinas es metano, $\text{CH}_4$, y el amoniaco de algunos productos de limpieza es $\text{NH}_3$. La figura muestra sus moléculas.

1. a) Calcula la masa molecular de cada uno.
2. b) ¿Cuál de las dos moléculas pesa más?

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

La masa molecular del $\text{CO}_2$ es $44\ \text{u}$ y la masa atómica del oxígeno es $16\ \text{u}$. Observa el modelo de la figura.

Sin mirar la tabla periódica, deduce cuál es la masa atómica del carbono y explica cómo lo has hecho.

La cal apagada, que se usa en obras y huertos, tiene fórmula $\text{Ca(OH)}_2$. La figura muestra su estructura.

Calcula su masa molecular con cuidado: el subíndice $2$ de fuera del paréntesis multiplica a todo lo que hay dentro (masas atómicas: $\text{Ca} = 40\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{H} = 1\ \text{u}$).

Una molécula de oxígeno, $\text{O}_2$, pesa $32\ \text{u}$ y una de nitrógeno, $\text{N}_2$, pesa $28\ \text{u}$. Una molécula de hidrógeno, $\text{H}_2$, pesa solo $2\ \text{u}$.

1. a) ¿Cuántas moléculas de hidrógeno hacen falta, juntas, para pesar lo mismo que una molécula de oxígeno?
2. b) ¿Y para pesar lo mismo que una de nitrógeno?

Ordena estas moléculas de menor a mayor masa molecular, calculando antes la masa de cada una: $\text{SO}_2$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ y $\text{CH}_4$ (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

La masa molecular del carbonato de calcio, $\text{CaCO}_3$, es $100\ \text{u}$. La barra de la figura muestra cómo se reparte esa masa.

1. a) Calcula qué porcentaje de la masa corresponde al calcio ($40\ \text{u}$).
2. b) Haz lo mismo para el carbono ($12\ \text{u}$) y para el oxígeno (tres átomos de $16\ \text{u}$ en total).
3. c) Comprueba que los tres porcentajes suman $100\ \%$.

El dióxido de azufre, $\text{SO}_2$, lo desprenden los volcanes y también se usa como conservante en los frutos secos.

1. a) Calcula su masa molecular ($\text{S} = 32\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$).
2. b) ¿Qué porcentaje de la masa de la molécula es azufre? ¿Y oxígeno?
3. c) Explica por qué los dos porcentajes deben sumar exactamente $100\ \%$.

La masa atómica del cloro que aparece en la tabla es $35,5\ \text{u}$, pero ningún átomo de cloro pesa exactamente eso: unos átomos de cloro pesan $35\ \text{u}$ y otros pesan $37\ \text{u}$ (son los llamados isótopos). La figura representa los dos tipos de átomos.

1. a) Explica con tus palabras cómo es posible que la masa atómica de la tabla sea $35,5\ \text{u}$.
2. b) Razona cuál de los dos tipos de átomos de cloro será más abundante en la naturaleza.

Una sal formada por un metal y cloro tiene fórmula $\text{XCl}_2$ y masa molecular $111\ \text{u}$. La figura muestra su modelo.

1. a) Sabiendo que $\text{Cl} = 35,5\ \text{u}$, calcula la masa atómica del elemento $\text{X}$.
2. b) Búscala en la tabla periódica e identifica el elemento.
3. c) Escribe el nombre completo de la sal.

Una molécula de glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, tiene masa molecular $180\ \text{u}$.

1. a) ¿Cuántas moléculas de agua ($18\ \text{u}$) pesan lo mismo que una molécula de glucosa?
2. b) ¿Cuántas moléculas de hidrógeno ($2\ \text{u}$)?
3. c) Haz la misma cuenta con el oxígeno ($32\ \text{u}$). ¿Sale un número entero? Explica qué significa que no salga exacto.

El aire es, aproximadamente, un $80\ \%$ de nitrógeno $\text{N}_2$ ($28\ \text{u}$) y un $20\ \%$ de oxígeno $\text{O}_2$ ($32\ \text{u}$). La figura representa una muestra de aire.

1. a) Calcula la masa molecular media del aire. Pista: pondera cada masa según su porcentaje.
2. b) ¿Pesa una molécula de $\text{CO}_2$ ($44\ \text{u}$) más o menos que una molécula «media» de aire?
3. c) Usa el resultado para razonar por qué, en una habitación cerrada y sin corrientes de aire, el $\text{CO}_2$ tiende a acumularse cerca del suelo.

Compara sin balanza, solo con cálculos:

1. a) ¿Qué pesa más: dos moléculas de agua ($18\ \text{u}$ cada una) o una molécula de oxígeno ($32\ \text{u}$)?
2. b) ¿Y tres moléculas de nitrógeno ($28\ \text{u}$ cada una) o dos de dióxido de carbono ($44\ \text{u}$ cada una)?
3. c) Explica el procedimiento que has seguido para compararlas.

Dos bolsas cerradas contienen cada una $100$ moléculas: la primera contiene metano, $\text{CH}_4$, y la segunda dióxido de azufre, $\text{SO}_2$ (masas atómicas: $\text{H} = 1\ \text{u}$; $\text{C} = 12\ \text{u}$; $\text{O} = 16\ \text{u}$; $\text{S} = 32\ \text{u}$).

1. a) Calcula la masa molecular de cada gas.
2. b) ¿Cuánto pesa, en $\text{u}$, el contenido de cada bolsa?
3. c) ¿Cuántas veces pesa más una bolsa que la otra? Justifícalo.