BIBLIOTECA DEL PROFESORADO SOLUCIONARIO. Química BACHILLERATO SERIE INVESTIGA

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1 BAILLERATO SOLUIONARIO Química SERIE INVESTIGA BIBLIOTEA DEL PROFESORADO

2 BIBLIOTEA DEL PROFESORADO Química SERIE INVESTIGA SOLUIONARIO El Solucioario Química, del proyecto Saber hacer, para.º curso de Bachillerato, es ua obra colectiva cocebida, diseñada y creada e el Departameto de Edicioes Educativas de Satillaa Educació, S. L., dirigido por Teresa Grece Ruiz. E su elaboració ha participado el siguiete equipo: Raúl arreras Soriao ristia Guardia Villarroel Aa Isabel Meédez urtado Virgiia Muñoz eballos Gema Pedraz del Río Beatriz Simó Aloso BAILLERATO EDIIÓN Raúl arreras Soriao EDITOR EJEUTIVO David Sáchez Gómez DIREIÓN DEL PROYETO Atoio Bradi Ferádez

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4 Ídice Química SERIE INVESTIGA SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia... 5 Sistema periódico... 7 Elace químico Elace covalete iética química Equilibrio químico Reaccioes ácido-base Reaccioes de trasferecia de electroes Química orgáica Aplicacioes de la química orgáica... 9 Aexos I Formulació iorgáica II Formulació orgáica... 1 omplemetos Tablas... 0 Sistema periódico de los elemetos...

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6 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia 1 Estructura atómica de la materia 5

7 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia 6

8 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Estructura atómica de la materia 1 PARA OMENZAR (págia 7) Ivestiga quié descubrió e 1898 el átomo del radio y qué cosecuecias tuvo el descubrimieto de este elemeto. El radio fue descubierto por la cietífica polaca Marie urie, pioera e sus estudios sobre la radiactividad atural. El 1 de diciembre de 1898, Marie, juto a su marido Pierre urie, descubrió u uevo elemeto, el radio, a partir del mieral uraita, lo que supuso u hito e la historia de la química. Al pricipio se empleó e la fabricació de pituras lumiiscetes, medicametos, cremas, etc. Si embargo, al costatarse diversas muertes de persoas expuestas al radio, los cietíficos se diero cueta del alto riesgo que etrañaba para la salud. Etre sus umerosas aplicacioes actuales destaca su uso e medicia para el tratamieto del cácer. El 1911 Marie urie recibió el premio Nobel de Química «por el descubrimieto del radio y el poloio, el aislamieto del radio y el estudio de la aturaleza y compuestos de este destacable elemeto químico». El método cietífico propoe modelos teóricos que se ha de cotrastar co la experiecia. Qué feómeos pusiero e cuestió el modelo Bohr-Sommerfeld? El primer postulado del modelo Bohr-Sommerfield dice que «el electró gira alrededor del úcleo si emitir eergía». Esta afirmació cotradecía la teoría electromagética que afirma que cualquier carga eléctrica acelerada ha de emitir eergía e forma de radiació electromagética. El modelo, además, solo permitía explicar el átomo de hidrógeo y o explicaba átomos co más de u electró. El acimieto de la mecáica-cuática y su aplicació al átomo hizo isuficiete el modelo Bohr-Sommerfield. Así, el descubrimieto del efecto fotoeléctrico, que puso de maifiesto que la luz, cosiderada hasta etoces exclusivamete ua oda, se podía comportar bajo determiadas codicioes como ua partícula; y el pricipio de idetermiació de eiseberg, que establecía que o se podía determiar a la vez la posició y la velocidad de u electró, o se podía explicar co el modelo Bohr-Sommerfield. La isuficiecia de este modelo dio lugar a diversos modelos atómicos posteriores que icorporaba ua explicació a estos feómeos. ATIVIDADES (págia 10) 1. Idica el úmero de protoes, electroes y eutroes e Ba. Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 56, que idica el úmero de protoes e el úcleo; y el úmero másico, A 18, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. Al o idicarse carga e el símbolo el átomo es eutro, por lo que el úmero de electroes es igual al de protoes. Número de protoes, p : Z 56. Número de electroes, e : Z 56. Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 56 protoes, 56 electroes y 8 eutroes.. Escribe u símbolo adecuado para la especie co 5 protoes, 54 electroes y 78 eutroes. Al teer 5 protoes su úmero atómico es Z 5. Usa la tabla para localizar el elemeto. Es el yodo, I. ay más electroes que protoes. Esto idica que es u aió co carga: q p e El úmero másico es la suma de protoes y eutroes: A Z N El símbolo más adecuado es: 11 5 I. 1 Estructura atómica de la materia 7

9 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO. 4. U io egativo tiee carga, siedo su úmero total de electroes 6, y su úmero másico, 75. alcula su úmero de protoes y de eutroes. Al ser u io egativo co carga tiee u exceso de electroes. Por tato: Número de protoes, p : Z. Z e q 6 alculamos el úmero de protoes y de eutroes a partir de Z y A 75: Por tato, la especie preseta protoes y 4 eutroes. A Z N N A Z 75 4 El litio de masa atómica 6,941 u posee dos isótopos aturales, litio-6 y litio-7, co masas atómicas 6,0151 y 7,01601 u, respectivamete. uál de ellos tiee mayor abudacia atural? A simple vista podemos comprobar que el valor de la masa atómica, 6,941 u, está más cercao al valor del isótopo litio-7, y que este será el que se ecuetre e mayor abudacia. alcula uméricamete las abudacias aturales de ambos isótopos de la siguiete maera. Llamamos x a la abudacia de 6 Li, la abudacia del 7 Li será 100 x (la suma de ambas es 100). Sustituye los valores e la ecuació para el cálculo de la masa atómica: Multiplica ambos miembros por 100: x (Li) 6,941 6,0151 7, x M ,1 6,0151 x7, x Resuelve la ecuació. La abudacia de 6 Li es: x 7,49 %. La abudacia del otro isótopo 7 Li es: 100 x 100 7,49 9,51 %. El isótopo más abudate es el litio-7. ATIVIDAD (págia 1) 5. otesta breve y razoadamete las siguietes pregutas: a) ómo se llegó a la coclusió de que casi toda la masa de u átomo estaba e el cetro del mismo? b) ómo se descubriero los eutroes? c) ómo se distribuye los electroes e el modelo de Thomso? d) Por qué es ecesaria la existecia de eutroes e el úcleo atómico? a) Mediate el experimeto de la lámia de oro. Al bombardear dicha lámia co partículas alfa, la mayoría pasaba si igú problema, idicado que la mayor parte del átomo estaba vacío. Por otro lado, que algua de las partículas rebotara idicaba la presecia e el átomo de ua zoa muy pequeña dode se ecotraba la mayor parte de la masa del átomo y la carga positiva. b) Fuero descubiertos por E. hadwick e 19, tras detectar su presecia la radiació emitida después de bombardear berilio co partículas alfa. c) E el modelo de Thomso los electroes se ecuetra embebidos detro de la masa positiva. d) El úcleo atómico está formado por partículas cargadas positivamete que, al ser del mismo sigo, produce fuerzas de repulsió etre sí. Los eutroes, al teer masa similar a los protoes, compesa dichas repulsioes. 1 Estructura atómica de la materia 8

10 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 15) 6. La radiació de logitud de oda 4,4 m es la logitud de oda más larga que produce la fotodisociació del O. uál es la eergía del fotó? Y la de u mol de fotoes? Datos: h 6, J s; c 10 8 m s 1 ; N A 6,0 10 partículas mol 1. La eergía de u fotó viee determiada por la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los datos para u solo fotó: E 8 10 m s 6,66 10 J s 9 4,4 10 m 19 8,00 10 J 4 Para calcular la eergía de 1 mol de fotoes utiliza el úmero de Avogadro: E 8, J fotó 6, 010 fotoes 4, J mol 4,94 10 J mol 1 mol Determia la eergía ciética y la velocidad de los electroes arracados de u metal cuado sobre él icide luz de frecuecia 4, z. La frecuecia umbral del metal es de 1, z. Datos: h 6, J s; m e 9, kg. alcula la eergía ciética de los electroes arracados a partir de la eergía de la radiació icidete: E E E E E E h f h f h f f Sustituye los datos y opera: E 4 6,66 10 J s ,1 10 1,1 10 s 1,99 10 J De la expresió de la eergía ciética obteemos la velocidad de salida. Sustituye los valores y opera: 18 1 Ec 1, 9910 J m Ec mv v,08810, m 9,1110 kg s 6 6 m s ATIVIDADES (págia 17) 8. E el espectro del hidrógeo se detecta ua líea a 1880 m. Es ua líea de la serie de Balmer? Justifícalo. Segú la ecuació de Rydberg: R 1 Teiedo e cueta que para ser ua líea de la serie de Balmer, 1, despeja y sustituye los datos: R 1 R ,09710 m 1 7 1,09710 m m m, Se trata de u valor o etero y, además. Podemos cocluir que 1880 m o es ua líea de la serie de Balmer. 1 1 Estructura atómica de la materia 9

11 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 9. La lámpara de vapor de mercurio emite ua luz de color ligeramete azul-verdoso. Estos colores procede de radiacioes de logitudes de oda 448 Å (azul) y 5461 Å (verde). alcula la eergía de u fotó de cada ua de estas radiacioes. Datos: 1 Å m; c 10 8 m s 1 ; h 6, J s. alcula las eergías de u fotó de las radiacioes de color verde y azul a través de la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los datos: 4 E azul 6,6610 J s 4 E verde 6,6610 J s 10 s m 8 m 19 4,5710 J 10 s m 19,64 10 J 8 m La radiació de mayor logitud de oda correspode co meor eergía, ya que ambas magitudes so iversamete proporcioales. ATIVIDADES (págia 19) ay u ivel de eergía para el átomo de hidrógeo, E,6910 J? Acude a las tablas para calcular el valor de la costate A: 9 Nm 4 k m e e , , kg 1,60 10 A h 6,66110 kg 4 18, J A Aplica la ecuació E, despeja, sustituye los valores y opera: 18 A, J 9 0 E,6910 J omo el valor de es u úmero etero, sí hay u ivel de eergía co ese valor e el átomo de hidrógeo. 11. Explica el modelo atómico de Bohr y sus pricipales limitacioes. El modelo atómico de Bohr se basa e tres postulados: 1. er postulado. El electró gira alrededor del úcleo e órbitas circulares si emitir eergía.. o postulado. Solo so posibles las órbitas e las que el electró tiee u mometo agular que es múltiplo etero de h/π.. er postulado. La eergía liberada al pasar u electró desde ua órbita a otra de meor eergía se emite e forma de u fotó, cuya frecuecia se obtiee co la ecuació de Plack. Estos fotoes, producidos por los saltos eergéticos, so los resposables de los espectros de emisió. Las pricipales limitacioes del modelo atómico de Bohr so dos: Auque el modelo de Bohr justifica la fórmula de Balmer y explica la estructura de la corteza del átomo de hidrógeo, o es capaz de explicar los espectros de elemetos co más de u electró. Tampoco explica que cuado observamos ciertas líeas del espectro de hidrógeo co aparatos de gra resolució se ve que está formadas por grupos de líeas muy jutas, y que alguas se desdobla al someterlas a u campo magético. La presecia de estas líeas desdobladas e los espectros idica la existecia de subiveles de eergía. 1 Estructura atómica de la materia 10

12 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 1) 1. U coche de carreras, icluido el piloto, tiee ua masa de 605 kg. uál es la logitud de oda asociada a él si e ua carrera adquirió ua velocidad de 0 km/h? Dato: h 6, J s. E primer lugar expresa el valor de la velocidad e uidades del SI: v 0 km h 10 m 1 km 1h 88,8 ms 600 s 1 Aplica la ecuació de De Broglie: 4 h 6,66 10 J s 1 mv 605 kg88,8 ms 8 1, 10 m 1. A qué velocidad debe acelerarse u haz de protoes para poseer ua logitud de oda de De Broglie de 0,0 pm? Datos: h 6, J s; m p 1, kg. Despeja la velocidad de la ecuació de De Broglie y sustituye los datos: 4 h h 6,66 10 J s v 1, m s 7 1 m v m 1,67 10 kg 0, 0 10 m 4 1 ATIVIDAD (págia ) 14. Qué diferecia hay etre órbita de Bohr y orbital atómico? El modelo atómico de Bohr viola el pricipio de idetermiació de eiseberg, de qué maera? E ua órbita de Bohr se cooce co precisió dóde se ecuetra u electró. Si embargo, e u orbital atómico o. Por eso se defie como la regió del espacio alrededor del úcleo e la que es máxima la probabilidad de ecotrar u electró co ua eergía determiada. El modelo atómico de Bohr viola el pricipio de idetermiació de eiseberg porque segú este modelo sí que es posible determiar a la vez la posició y la velocidad de u determiado electró. Segú este pricipio o podemos coocer simultáeamete la posició y la velocidad de u electró. ATIVIDADES (págia 4) Para u átomo e su estado fudametal, razoa sobre la veracidad o falsedad de las siguietes afirmacioes: a) El úmero máximo de electroes co úmero cuático es 6. b) E el subivel p solo puede haber electroes. c) Si e los orbitales d se sitúa 6 electroes, o habrá iguo desapareado. a) Falso. El máximo úmero de electroes de cualquier ivel, es. Por tato, para, el úmero de electroes es 18 ( e el subivel s, 6 e el subivel p y 10 e el subivel d). b) Falso. El subivel p está compuesto por tres orbitales p (p x, p y y p z), e cada uo de los cuales puede haber electroes. Etoces, e total e el subivel p puede haber 6 electroes. c) Falso. Los orbitales d tiee los siguietes úmeros cuáticos magéticos posibles m l [, 1, 0, 1, ]. Existe, por tato, cico posibles orbitales d e los que podría etrar 5 electroes desapareados. El sexto electró que etra ha de aparearse e cualquiera de los cico orbitales. Queda, por tato, 4 electroes desapareados. Dados los siguietes grupos de valores de úmeros cuáticos, idica cuáles so posibles y cuáles o. a) (,,, 1) b) (4, 0, 1, 1) c) (,, 1, 1) d) (, 1, 0, 0) a) Sí es posible. b) No es posible. Al ser l 0, el úico valor posible para m l es 0. No puede ser m l 1. 1 Estructura atómica de la materia 11

13 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) No es posible. Al ser, los valores posibles para l so 0 y 1. No puede ser l. d) No es posible. El úmero cuático secudario l ha de teer u valor positivo. Además, el úmero cuático de espí para u electró es u úmero fraccioario, m s [1, 1], o puede ser cero. 17. Escribe el valor de los úmeros cuáticos, l y m l para los orbitales del subivel 5d. Idica, de forma razoada, el úmero máximo de electroes que puede ocupar el citado subivel. Para u orbital 5d: El úmero cuático pricipal, 5. omo se trata de u orbital tipo d, el úmero cuático secudario, l. Los valores posibles del úmero cuático magético so, m l [, 1, 0, 1, ]. ay 5 orbitales posibles e el subivel 5d. E cada uo de los orbitales puede alojarse dos electroes. Por eso, el úmero máximo de electroes que puede ocupar el subivel es 10. ATIVIDADES (págia 7) 18. a) Justifica, de los siguietes elemetos o ioes: F, Ar y Na, cuáles so isoelectróicos. b) Eucia el pricipio de Pauli y po u ejemplo. c) Eucia la regla de ud y po u ejemplo para su aplicació. a) osulta e la tabla periódica el úmero atómico de cada elemeto y, teiedo e cueta la carga ióica, halla el úmero de electroes: F (Z 9): 1s s p 5 Su carga eléctrica se debe a que tiee u electró más F (Z 9): 1s s p 6. Tiee 10 electroes e total. Ar (Z 18): 1s s p 6 s p 6 Tiee 18 electroes e total. Na (Z 11): 1s s p 6 s 1 Su carga eléctrica se debe a que tiee u electró meos Na (Z 11): 1s s p 6. Tiee 10 electroes e total. Por tato, el F y el Na so isoelectróicos. b) El pricipio de exclusió de Pauli establece que: «Dos electroes de u mismo átomo o puede teer los cuatro úmeros cuáticos iguales». Así, por ejemplo, si e cada uo de los cico orbitales d que existe o puede haber más de dos electroes, el total de electroes e los orbitales d será de 10. c) El pricipio de máxima multiplicidad de ud establece que: «Los electroes que etra e orbitales degeerados lo hace ocupado el mayor úmero posible de ellos, de tal forma que los electroes se coloque lo más desapareados posible, mietras pueda». Por ejemplo, e el caso del carboo, co Z 6, los electroes se situará de la siguiete forma: 1 1 1s s pxpy Así ocupa los dos orbitales p y está lo más desapareados posible. 19. Escribe las cofiguracioes electróicas e su estado fudametal de: itrógeo, argó, magesio, hierro, io hierro(ii) e io hierro(iii). Idica e idetifica los electroes desapareados que existe e cada uo de los átomos e ioes ateriores N( Z 7): 1s s p p p p. El itrógeo preseta tres electroes desapareados e los orbitales del subivel p. x y z 1 Estructura atómica de la materia 1

14 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6 Ar( Z 8): 1s s p. El argó o preseta electroes desapareados. 6 Mg( Z 1): 1s s p s. El magesio o preseta electroes desapareados. Fe( Z 6): 1s s p s p 4s d d d d d d x y xz z yz xy orbitales del subivel d. Fe ( 6): 1s s p s p 4s d d d d d d Z x y xz z yz xy. El hierro preseta cuatro electroes desapareados e los. El catió hierro() ha perdido los dos electroes más exteros, e este caso los del subivel 4s, quedado la cofiguració electróica idicada. Al igual que e el caso del átomo eutro, tambié preseta cuatro electroes desapareados. Fe ( 6): 1s s p s p 4s d d d d d d Z x y xz z yz xy. El catió hierro() ha perdido los tres electroes más exteros quedado la cofiguració electróica idicada. E este caso habrá cico electroes desapareados, y los orbitales e el subivel d aparece semilleos, lo que le coferirá ua estabilidad adicioal. 0. a) Idica, justificado brevemete la respuesta, cuáles de las siguietes desigacioes de orbitales atómicos o so posibles: 9s 1p 4d 0s 1/s b) Idica, justificado brevemete la respuesta, cuáles de las siguietes cofiguracioes electróicas correspode a u elemeto e su estado fudametal: 1s s 1 s 1 1s s s 1s s p 5 s 1 1s s p 6 s p 6 d 4s a) Teiedo e cueta las combiacioes posibles de úmeros cuáticos, razoa e cada caso: El orbital 9s sí es posible. Se ecuetra e el ivel eergético ( 9) y perteece al subivel (l 0). El orbital 1 p es imposible. E el ivel eergético ( 1) o existe el subivel (l 1). Úicamete existe el subivel (l 0) al que le correspode la simbología 1s. El orbital 4d sí es posible. Se ecuetra e el ivel eergético ( 4) subivel (l ). El orbital 0s es imposible. No existe el ivel eergético ( 0). El orbital 1/s es imposible. Los úmeros cuáticos pricipales so úmeros aturales, el 1/ es fraccioario. b) La cofiguració electróica de u átomo es fudametal cuado los electroes se ubica e los orbitales de meor eergía. Así teemos que: La cofiguració electróica 1s s 1 es fudametal por teer situado los electroes e los iveles de meor eergía posible. Esta cofiguració s 1 o es la fudametal del átomo de hidrógeo, sio ua excitada e la que el úico electró e lugar de ocupar el ivel de meor eergía del átomo de hidrógeo, 1s 1, ha sido promocioado a este orbital s. La cofiguració 1s s s o es la cofiguració electróica fudametal, sio la excitada del átomo de carboo cuyos dos electroes del subivel p ha promocioado al orbital s. La cofiguració electróica 1s s p 5 s 1 o es la fudametal. Esta es la cofiguració electróica excitada e la que u electró que debía ocupar el subivel p ha sido promocioado al s. Esta estructura excitada perteece al gas oble eó. La cofiguració electróica 1s s p 6 s p 6 d 4s sí es fudametal por ecotrarse los electroes ocupado los orbitales de meor eergía. Esta estructura fudametal perteece al átomo de vaadio. 1. uál es el úmero máximo de electroes que puede haber e los orbitales d? Y e los 5p? Razoa la respuesta. El pricipio de exclusió de Pauli dice que: «Dos electroes de u mismo átomo o puede teer los cuatro úmeros cuáticos iguales». Por tato, e u mismo subivel, co u mismo valor de m l, o puede haber más de dos electroes y estos o puede teer el mismo valor e los cuatro úmeros cuáticos, difereciádose al meos e el valor de m s. 1 Estructura atómica de la materia 1

15 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por tato, si e cada uo de los cico orbitales d que existe o puede haber más de dos electroes, el total de electroes e los orbitales d será como máximo 10. Para los tres orbitales 5p, el razoamieto es aálogo, por lo que el úmero máximo de electroes e estos orbitales será como máximo 6. ATIVIDADES FINALES (págia 4) Magitudes atómicas.. Determia el úmero de protoes, eutroes y electroes e el io 8 Ra. 88 Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 88, que idica el úmero de protoes e el úcleo. El úmero másico, A 8, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. La carga idica u catió. Al átomo eutro se le extrajero electroes. Número de protoes, p : Z 88. Número de electroes, e : Z q Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 88 protoes, 86 electroes y 140 eutroes. uál de las siguietes especies: Mg, r, o, l, S, Th y Sr a) tiee igual úmero de protoes que de eutroes? b) tiee igual úmero de eutroes y electroes? c) tiee u úmero de eutroes igual al úmero de protoes más la mitad del úmero de electroes? alla el úmero de protoes, eutroes y electroes de cada especie. Orgaiza los resultados e ua tabla: Especie Z Protoes Z Neutroes Z A Electroes Z q 4 1Mg r o l S Th Sr a) Al revisar la tabla, vemos que la especie que cumple este requisito es: 4 1 Mg. b) Tras observar la tabla, la especie que cumple este requisito es: 5 17 l. c) E este caso, tras hacer los cálculos apropiados, vemos que la especie que cumple este requisito es: 5 90 Th. 1 Estructura atómica de la materia 14

16 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 4. El cromo tiee cuatro isótopos aturales. Sus masas y porcetajes de abudacia atural so: 49,9461 u, 4,5 %; 51,9405 u, 8,79 %; 5,9407 u, 9,50 % y 5,989 u,,6 %. alcula la masa atómica media poderada del cromo. Utiliza la fórmula de la media poderal y sustituye los datos: abudacia isótopo-1 (%) abudacia isótopo- (%) Masa atómica M(isótopo-1) M(isótopo-1) ,5 8,79 9,50,6 M(r) 49, ,9405 5,9407 5,989 51, La masa atómica del cromo es 51,9959 u. 5. osiderado los siguietes datos: Razoa si es verdadero o falso que los átomos I y II: a) So isótopos. b) Perteece al mismo elemeto. c) Tiee el mismo úmero atómico. Tras revisar las opcioes, o hay igua verdadera. Átomo Protoes Neutroes Electroes I II a) Falsa. So elemetos co distito úmero de protoes, o puede ser isótopos. No ocupa la misma posició e la tabla periódica. b) Falsa. Para perteecer al mismo elemeto debería teer el mismo úmero atómico y o es así. c) Falsa. El úmero atómico viee dado por el úmero de protoes Uo de los isótopos del hierro es 56 6Fe. E alguos compuestos, como la hemoglobia de la sagre, el hierro se ecuetra co estado de oxidació. alcula el úmero de protoes, electroes y eutroes de este isótopo e la hemoglobia. Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 6, que idica el úmero de protoes e el úcleo. El úmero másico, A 56, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. La carga idica u catió. Al átomo eutro se le extrajero electroes. Número de protoes, p : Z 6. Número de electroes, e : Z q 6 4. Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 6 protoes, 4 electroes y 0 eutroes. El silicio tiee u isótopo mayoritario, 8 Si (7,976 9 u) co ua abudacia del 9,1 %; y dos mioritarios, 9 Si (8, u) y 0 Si (9,97 76 u). uál es el porcetaje de abudacia atural de los dos isótopos mioritarios? Dato: M(Si) 8, u. Si cosideramos que el isótopo 9 Si tiee ua abudacia x; etoces el isótopo 0 Si tedrá ua abudacia: y 100 9,1 x 7,79 x 1 Estructura atómica de la materia 15

17 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Utiliza la fórmula de la media poderal y sustituye los datos: abudacia isótopo-1 (%) abudacia isótopo- (%) Masa atómica M(isótopo-1) M(isótopo-1) ,1 x y M(Si) 8, ,9769 8, , Resuelve el sistema de ecuacioes: x = 4,71 % y,08 % Por tato, la abudacia de los isótopos mioritarios es: 9 Si del 4,71 %. 0 Si del,08 % Idica justificado la respuesta, qué relació existe etre las especies químicas de cada ua de las parejas: a) 108 Rh y 108 Ag b) 76 Kr y 75 Kr c) 54 o y 54 o a) Distitos elemetos co el mismo úmero másico (so isóbaros). b) Mismo elemeto co distito úmero másico (so isótopos). c) Mismo elemeto y mismo úmero másico (isóbaros) co distita carga: so dos ioes distitos de u mismo elemeto. Idica razoadamete si so ciertas o falsas cada ua de las siguietes afirmacioes: a) Dos ioes de carga 1 de los isótopos y 4 del sodio (Z 11) tiee el mismo comportamieto químico. b) La masa atómica aproximada del cloro es 5,5, siedo este u valor promedio poderado etre las masas de los isótopos 5 y 7, de porcetajes de abudacia 75 y 5 %, respectivamete. c) Los isótopos 16 y 18 del oxígeo se diferecia e el úmero de electroes que posee. a) Verdadera. El comportamieto químico depede de la distribució de electroes e la capa más extera de la corteza. Dos isótopos ioizados co la misma carga y co el mismo úmero atómico tiee la misma distribució de electroes e la capa más extera. A pesar de teer diferete catidad de partículas e el úcleo y presetar ua reactividad química aáloga. b) Verdadera. El razoamieto se hace co el cálculo: 75 5 M(l) 5 7 5, c) Falsa. Al ser isótopos, se diferecia e el úmero de eutroes que posee, o e el úmero de electroes. Orígees de la teoría cuática 0. Ua operadora de telefoía móvil (sistema 4G) usa la frecuecia de 1800 Mz. Las frecuecias de la luz visible varía etre 4, 10 8 Mz (rojo) y 7, Mz (violeta). uátos fotoes del sistema 4G cotiee la misma eergía de u solo fotó de luz violeta? Pasa los datos de las frecuecias a uidades del SI: f violeta 4G f 6 10 z 1800 Mz 1 Mz 8 7,5 10 Mz 6 10 z 1 Mz ,810 z 1,8 10 s ,510 z 7,5 10 s Teiedo e cueta la expresió de la eergía de u cuato e fució de la frecuecia es E h f 1 Estructura atómica de la materia 16

18 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Siedo h 6,66 10 J s. alcula la eergía de u fotó del sistema 4G: Y la de u fotó de luz violeta: E 4 4G h f4g 6,6610 J s 1,810 s ,19 10 J E 4 violeta h fvioleta 6,66 10 J s 7,510 s ,97 10 J El úmero de fotoes del sistema 4G ecesarios para emitir la misma eergía que u fotó violeta es: N fotoes 4G E violeta E 4G 19 4,9710 J 4 1,1910 J 5 4,17 10 fotoes 4G 1. El espectro visible va de la logitud de oda 400 m hasta 700 m. La 1. a eergía de ioizació del litio es 5,40 ev. a) alcula la máxima eergía de la radiació visible. b) Razoa si esta radiació ioiza el litio o o. Datos: 1 J 1, ev; c 10 8 m s 1 ; h 6, J s. a) La radiació de mayor frecuecia será la de meor logitud de oda, 400 m, pues so magitudes e relació iversa. alcula su eergía co la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los valores y opera: E m 6,6610 J s 10 8 m s m 19 4,9710 J b) Primero expresa el valor de la eergía de ioizació e julios y compárala co el valor de la eergía de la luz de 400 m: E ioizació 19 1,610 J 5,40 ev 1 ev 19 8,64 10 J omo la eergía de los fotoes de 400 m es meor que la eergía de ioizació del litio, E400 m Eioizació, esta luz o es capaz de arracar u electró al litio. Orígees de la teoría cuática. Utiliza los postulados de Bohr e la descripció del átomo de hidrógeo para determiar: a) El radio de la sexta órbita de Bohr para el hidrógeo. b) La eergía del electró cuado está e esa órbita. Datos: a 5, m; A, J. a) E la sexta órbita, 6. Aplica la ecuació: r a 6 5, m 1, m b) Utiliza la expresió: 18 A,17 10 J 0 E 6,010 J 6 1 Estructura atómica de la materia 17

19 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 5). Qué valor de e la ecuació de Rydberg correspode a la líea de la serie de Balmer a 89 m? Segú la ecuació de Rydberg: R 1 Despeja de la ecuació la icógita pedida. La serie de Balmer es aquella e la que los electroes decae al estado 1. Sustituye los valores y opera: R 1,09710 m 8910 m 7 1 R 1 1,09710 m m 7, La serie de Lyma del espectro del hidrógeo puede represetarse por la ecuació: 1 1 f (dode,,...) 1 a) alcula las líeas de esta serie de logitudes de oda máxima y míima, e aómetros. b) uál es el valor de que correspode a la líea espectral a 95,0 m? c) ay algua líea a 108,5 m? Dato: 15,88 10 z. a) La logitud de oda máxima correspode al salto de meor eergía; es decir, del ivel 1 al ivel. La frecuecia de esta radiació es: 1 1 f,88 10 s, s 1 La logitud de oda correspodiete a esta frecuecia es: c f 10 m s , s 7 1,1610 m 11,6 m La logitud de oda míima correspoderá al salto de mayor eergía; es decir, del ivel 1 al ifiito. La frecuecia de esta radiació es: 1 1 f lím,88 10 s,88 10 s 1 La logitud de oda correspodiete a esta frecuecia es: c f 10 m s ,88 10 s 8 9,14 10 m 91,4 m b) alcula la frecuecia correspodiete a esta logitud de oda: f c 8 10 m s ,010 m 15 1, s Aplica la ecuació de Rydberg para la serie de Lyma y despeja. Sustituye los valores y opera: ,88 10 s f f,88, s 5,0 5 1 Estructura atómica de la materia 18

20 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Procede de la misma forma que e el apartado b): f c 8 10 m s ,510 m 15 1, s Sustituye este valor e la expresió aterior para calcular el valor de. Sustituye los valores y opera: ,88 10 s f f,88, s,507 Al o obteer u úmero etero podemos cocluir que o habrá igua líea a 108,5 m. 5. Si hacer cálculos detallados, idica cuál de las siguietes trasicioes electróicas requiere que u átomo de hidrógeo absorba mayor catidad de eergía: a) Desde 1 a c) Desde a 6 b) Desde a 5 d) Desde 9 a E el supuesto d) al pasar de u ivel de mayor eergía a otro de meor eergía se producirá ua emisió y o ua absorció. Para el resto de supuestos tedremos e cueta que: 1 1 E cte. 1 Por tato, el valor de la eergía depede del valor de la diferecia etre las fraccioes. az el cálculo para cada uo de los casos propuestos de absorció de eergía. a) 1 a : b) a 5: c) a 6: , , , Vemos que la trasició que ecesitará mayor eergía es la primera, desde 1 a : 0,75 0,1 0,08 6. Determia para el átomo de hidrógeo de Bohr: a) El radio de la órbita. b) Si existe ua órbita co u radio de 4,00 Å. (1 Å m). c) La eergía del ivel correspodiete a 5. d) Si existe u ivel de eergía de 5, J. Datos: a 5, m; A, J. a) Aplica la ecuació: r a 5, m 4, m 1 Estructura atómica de la materia 19

21 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Utiliza la misma ecuació y despeja : 10 r 4,00 10 m,75 11 a 5, 10 m omo el valor de o es u úmero etero, o existe ua órbita co ese radio. c) Aplica la ecuació: 18 A,17 10 J 0 E 8,6810 J 5 A d) Aplica la ecuació E y despeja : 18 A,17 10 J 0,09 17 E 5,00 10 J omo el valor de o es u úmero etero, o existe ua órbita co ese ivel de eergía. 7. Sabiedo que la eergía que posee el electró de u átomo de hidrógeo e su estado fudametal es 1,65 ev, calcula: a) La frecuecia de la radiació ecesaria para ioizar el átomo de hidrógeo. b) La logitud de oda e m y la frecuecia de la radiació emitida cuado el electró pasa del ivel 4 al. Datos: h 6, J s; e 1, ; c 10 8 m s 1. E primer lugar expresa la eergía del electró de hidrógeo e julios: E0 1,65 ev 19 1,610 J 1 ev 18,18 10 J a) Para ioizar el átomo de hidrógeo hay que alejar el electró del úcleo. ay que icorporar eergía al sistema hasta que se aule, E E ioizació 0,18 10 J,18 10 J Utiliza la ecuació de Plack, despeja la frecuecia y sustituye los datos: E E h f f h b) Utiliza la expresió de Rydberg: 18,1810 J 4 6,6610 J s 15 1,910 s 15,910 z R 1 Sustituye y opera: ,09710 m, m 4,86 10 m 486 m 6 1 4, m alla la frecuecia correspodiete a la logitud de oda: f c m 7 4, sm 14 6,17 10 z 1 Estructura atómica de la materia 0

22 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Mecáica cuática 8. Si el trabajo de extracció de la superficie de u metal es E 0,07 ev: a) E qué rago de logitudes de oda del espectro visible puede utilizarse este material e células fotoeléctricas? Las logitudes de oda de la luz visible está compredidas etre 80 m y 775 m. b) alcula la velocidad de extracció de los electroes emitidos para ua logitud de oda de 400 m. Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; c 10 8 m s 1 ; m e 9, kg. a) Primero expresa el valor de la eergía umbral e julios. E0,07 ev 19 1,610 J 1 ev 19,1 10 J Para que puedas extraer electroes de este material ecesitas que la eergía de los fotoes que icide sobre él sea mayor que la eergía umbral: Despeja la logitud de oda y sustituye: hc E E E fotó 0 0 hc E 0 4 6,6610 J s 10 19,110 J 600 m 8 m s 7 6,0010 m Detro del espectro visible arracará electroes las radiacioes compredidas etre: 80 < < 600 m. b) Aplica las ecuacioes del efecto fotoeléctrico y despeja la velocidad: 1 hc hc 1 hc 1 1 h f h f0 mv mv v 0 m 0 Sustituye los datos coocidos y opera: v 4 6,6610 J s 10 8 m s 1 1 m ,1110 kg m m s v 6, 0 10 m s U haz de luz moocromática, de logitud de oda 450 m, icide sobre u metal cuya logitud de oda umbral, para el efecto fotoeléctrico, es de 61 m. Determia: a) La eergía de extracció de los electroes del metal. b) La eergía ciética máxima de los electroes que se arraca del metal. Datos: h 6, J s; c 10 8 m s 1. a) Utiliza la ecuació de Plack para ecotrar la eergía de extracció. Sustituye y opera: E h f h c 4 extracció 6,6610 J s 10 s m 8 m 19,510 J b) Utiliza las fórmulas del efecto fotoeléctrico: h c h c h f h f E E E E E 0 c extracció c c extracció 1 Estructura atómica de la materia 1

23 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sustituye los datos y opera: E c 4 6,6610 Js m 8 m s 19, J 1,1710 J 40. La frecuecia míima que ha de teer la luz para extraer electroes de u cierto metal es de 8, z. a) alla la eergía ciética máxima de los electroes que emite el metal cuado se ilumia co luz moocromática de 1, z y exprésala e ev. b) uál es la logitud de oda de De Broglie asociada a esos electroes? Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; e 1, ; m e 9, kg. a) Utiliza las ecuacioes del efecto fotoeléctrico y sustituye los datos: h f h f E E h f f 0 c c ,66 10 J s 19 1, 0,85 10 z, J Expresa la eergía ciética e ev: E 19, J 1 ev 19 1,610 J 1,86 ev La eergía ciética máxima de los electroes que emite el metal cuado se ilumia co luz moocromática es 1,86 ev. b) Para calcular la logitud de oda asociada utiliza la expresió de De Broglie: h mv oocidos los valores de masa del electró y la costate de Plack, despeja la velocidad de la expresió de la eergía ciética: 1 E Ec mv v m c Sustituye e la expresió de De Broglie, ordeala, sustituye los valores coocidos y opera: 4 h h h 6,66 10 J s m v 19 1 Ec Ec m, J 9,11 10 kg m m 10 9, 0 10 m 41. alcula la logitud de oda asociada a ua pelota de golf de 50 g de masa que se desplaza co ua velocidad de 500 km/h. Dato: h 6, J s. Expresa la velocidad e uidades del SI: v 500 km h 10 m 1h 1 km 600s 18,8 m s 1 Aplica la ecuació de De Broglie: 4 h 6,66 10 J s 1 m v 0, 050kg 18, 8m s 5 9,5 10 m 1 Estructura atómica de la materia

24 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 6) 4. Qué velocidad ha de teer u electró para que su logitud de oda de De Broglie sea 00 veces mayor a la correspodiete a u eutró co eergía ciética igual a 6 ev? Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; c 10 8 m s 1 ; e 1, ; m e 9, kg; m 1, kg. Primero expresa el valor de la eergía ciética e julios, uidades del sistema iteracioal. 19 1,610 J E 6 ev 1 ev 19 9,6 10 J De la expresió de la eergía ciética despeja la expresió de la velocidad del eutró: 1 E E m v v m La logitud de oda asociada al electró es 00 veces la logitud de oda asociada del eutró: 00 Utiliza la expresió de De Broglie para sustituir la logitud de oda asociada y ordea la expresió para despejar la velocidad pedida: e e h m v e 00 h m v v m v m e 00 e Sustituye la expresió de la velocidad del eutró despejada de la expresió de la eergía ciética y ordea la expresió resultate: v e E m m Em 00m 00m e e Sustituye los valores coocidos y opera: v ,610 J1,6710 kg e 1 009,1110 kg,1110 m s 5 1 E la colecció de datos ofrecidos hay iformació de sobra. Mecáica odulatoria. Números cuáticos 4. Idica razoadamete cuál de las siguietes combiacioes de úmeros cuáticos so correctas y, e su caso, el ombre del orbital que represeta los valores de y l, así como el úmero máximo de electroes que puede alojar los orbitales del subivel. a), l 0, m l 1, m s 1 b), l, m l 1, m s 1 c), l 1, m l 1, m s 1 d) 1, l 1, m l 0, m s 1 e) 4, l, m l, m s 1 a) Esta combiació de úmeros cuáticos es icorrecta. Si l 0, m l uca puede tomar el valor 1, sio el valor 0. b) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta, dado que los valores asigados está detro de los permitidos para cada úmero cuático. Segú los valores de y l, represeta a los 5 orbitales d. omo e cada orbital cabe como máximo electroes, el úmero total de electroes que puede alojar estos orbitales es Estructura atómica de la materia

25 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta. Los valores asigados etra detro de los permitidos. Los valores de y l idica que represeta a los orbitales p. Es 6 el úmero total de electroes que cabe e ellos. d) Esta combiació de úmeros cuáticos es icorrecta, ya que l uca puede tomar u valor egativo. e) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta, por ecotrarse los valores asigados detro de los permitidos. De los valores de y l se deduce que represeta a los 7 orbitales 4f. E ellos cabe u total de 14 electroes. 44. Escribe las combiacioes de úmeros cuáticos correspodietes a los 6 electroes del subivel p. A u subivel p le correspode los úmeros cuáticos y l 1. omo los valores que puede tomar m l so [1, 0, 1], teemos las siguietes combiacioes posibles: (, 1, 1, 1) (, 1, 0, 1) (, 1, 1, 1) (, 1, 1, 1) (, 1, 0, 1) (, 1, 1, 1) ofiguració electróica 45. Aplica el pricipio de Pauli y la regla de ud e la descripció de las cofiguracioes electróicas e estado fudametal del itrógeo (Z 7) y del cobre (Z 9). Escribe la cofiguració electróica de cada uo de los elemetos ateriores teiedo e cueta los pricipios mecioados: N( Z 7):1s s p p p x y z u(z 9):1s s p s p 4s d osiderado las cofiguracioes electróicas de los átomos: A (1s s p 6 s 1 ) y B (1s s p 6 6p 1 ). Razoa si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) A y B represeta elemetos distitos. b) Se ecesita eergía para pasar de A a B. c) Se requiere ua meor eergía para arracar u electró de B que de A. a) Falsa. Represeta el mismo elemeto (el sodio), la primera e su estado fudametal y la seguda u estado excitado. b) Verdadera. Para promocioar electroes de u ivel eergético iferior a otro ivel eergético superior hay que aportar ua eergía igual a la diferecia eergética que hay etre ambos iveles. c) Verdadera. El electró más extero de la cofiguració excitada está más alejado del úcleo y, por tato, mucho meos atraído. Esto hace que se ecesite meos eergía para arracarlo e este estado que e la cofiguració fudametal. Dado el elemeto Z 19. a) Escribe su cofiguració electróica e estado fudametal. b) uáles so los valores posibles que puede tomar los úmeros cuáticos de su electró más extero e estado fudametal? c) Escribe ua cofiguració electróica del elemeto e estado excitado. a) Escribe la cofiguració electróica del elemeto e su estado fudametal: X( Z 19): 1s s p s p 4s b) El ivel más extero es el subivel 4s. A este le correspode los úmeros cuáticos 4 y l 0. omo m l solo puede tomar el valor 0, uicamete hay las siguietes combiacioes e su estado fudametal: (4, 0, 0, 1) (4, 0, 0, 1) 1 Estructura atómica de la materia 4

26 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Escribe la cofiguració electróica del elemeto e su estado excitado: XZ ( 19): 1s s p s p d El electró que ocupaba el orbital 4s promocioa a u orbital d. Partículas subatómicas. El uiverso primigeio 48. otesta, razoadamete, si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) El fotó iterviee e las iteraccioes débiles etre quarks. b) Los gluoes permite la uió etre ucleoes y electroes. c) Los fermioes posee masa. d) Los eutroes está formados por u quark arriba y dos quarks abajo. a) Falsa. El fotó es la partícula mediadora e la iteracció electromagética. Las iteraccioes débiles etre quarks tiee lugar gracias a los bosoes. b) Falsa. Los gluoes solo iterviee etre quarks. c) Verdadera. Las partículas co catidad de materia so los fermioes. d) Verdadera. El eutró es u barió (formado por tres quarks). El eutró forma la materia ordiaria, así que debe participar los quarks arriba o abajo. Los tres quarks que se reúe para formarlo debe aular sus cargas etre sí. La combiació de 1 arriba () y dos abajo (1). 49. Busca iformació sobre la Orgaizació Europea para la Ivestigació Nuclear (ERN) y sobre los experimetos que se desarrolla e ella e la actualidad e relació co las partículas subatómicas. Respuesta abierta dode se debe destacar la importacia de las cofirmacioes experimetales que se ha dado al modelo estádar. Tambié debe hacerse meció a los últimos descubrimietos alrededor del bosó de iggs. 50. Establece ua líea del tiempo dode figure los hechos más relevates desde el istate iicial del big bag hasta la formació del sistema solar (hace milloes de años). Uiverso iicial. Quarks ligados formado hadroes (protoes y eutroes). Recombiació. Los electroes queda ligados a los úcleos formado átomos. Formació de las primeras galaxias y estrellas. Formació de sistemas plaetarios. Quarks y leptoes libres etre sí. Nucleosítesis. Protoes y eutroes se reúe e úcleos atómicos. Por atracció gravitatoria los átomos de hidrógeo y helio se reúe para formar las primeras ubes de gas. E las estrellas los átomos ligeros se fusioa para formar átomos más pesados. FÍSIA EN TU VIDA (págia 8) Qué propiedad diferecia a los rayos X de otras radiacioes electromagéticas? Los rayos X so ivisibles para el ojo humao y posee gra ivel de eergía. Esto hace que atraviese obstáculos co facilidad, propiedad que los diferecia de otras radiacioes electromagéticas. ómo se geera los rayos X? ompara la formació de rayos X co el efecto fotoeléctrico. Los rayos X se produce e tubos co filametos o tubos co gas. Se geera ua corriete de alto voltaje que se hace pasar por u filameto e el iterior de u tubo de cristal e el que se ha hecho el vacío. Los electroes que forma esta corriete so partículas co carga egativa, y se siete atraídos a gra velocidad hacia el polo positivo del geerador. Ates de llegar a él choca co ua pieza metálica y los átomos del metal icorpora estos electroes a su corteza. 1 Estructura atómica de la materia 5

27 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por tato, existe trasicioes electróicas etre los electroes de la corriete y los electroes del metal que hace que se libere radiació electromagética. E el efecto fotoeléctrico la radiació electromagética proporcioa eergía ciética para que los electroes salte del metal. Mietras que e la formació de los rayos X la eergía ciética de los electroes provoca la emisió de radiació electromagética. Ivestiga y di por qué es prudete realizar pocas radiografías a iños o mujeres embarazadas. La exposició a rayos X e iños y mujeres embarazadas puede resultar perjudicial, puesto que los órgaos de los iños y de los fetos está e crecimieto y desarrollo, y los rayos X podría alterar el ADN y provocar mutacioes e las células. Además, a largo plazo podría provocar cácer. Por qué los radiólogos o los detistas se aleja de la máquia que geera los rayos X durate la descarga de rayos? Los radiólogos y detistas se aleja de la máquia de rayos X para separarse de la fuete. Estos grupos profesioales está expuestos co más frecuecia a los emisores de este tipo de radiació. A mayor distacia e icluso iterpoiedo barreras se reduce la probabilidad de que sufra algú tipo de alteració e su salud. 1 Estructura atómica de la materia 6

28 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico Sistema periódico 7

29 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico 8

30 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico PARA OMENZAR (págia 9) Escoge alguo de los elemetos e la tabla periódica e ivestiga el orige de su ombre. El platio (Pt) es blaquecio y de aspecto muy parecido a la plata. uado e 1748 el español Atoio de Ulloa lo descubrió e ua expedició por Sudamérica lo llamó «platia», que quiere decir «parecido a la plata». Otros ejemplos so: Vaadio (V): e hoor a Vaadis, diosa escadiava de la belleza. ircoio (Zr): porque proviee pricipalmete del mieral semiprecioso circó. romo (r): debido a que sus compuestos so de colores vivos, se le puso este ombre usado el vocablo griego (jhromos), que sigifica color. afio (f): del latí afia, que es como los atiguos romaos llamaba a la ciudad de opehage (Diamarca). Podemos ecotrar más iformació sobre la procedecia del ombre de los elemetos químicos e estos elaces: ay elemetos coocidos desde la atigüedad y otros, la mayoría, descubiertos e los siglos XIX y XX. Ivestiga y ordea los elemetos por fecha de descubrimieto. E el siguiete elace ecotramos ua tabla co los elemetos químicos ordeados por la fecha de descubrimieto, desde la prehistoria hasta la actualidad: Podemos observar que etre los primeros elemetos descubiertos está el carboo (), el azufre (S) o el hierro (Fe). Y los últimos so el uupetio (Uup), el uuseptio (Uus) y el uuoctio (UUo). E total se cooce hoy e día 118 elemetos químicos. PRATIA (págia 40) 1. osidera los elemetos Be, O, d y Ar. a) Escribe las cofiguracioes electróicas de los átomos ateriores. b) uátos electroes desapareados preseta cada uo de esos átomos? c) Escribe las cofiguracioes electróicas de los ioes más estables que pueda formar. a) Escribe la cofiguració electróica de cada átomo: Be( Z 4): O( Z 8): d( Z 48): Ar( Z 18): 1s s. 4 1s s p. 10 [Kr] 4d 5s. 6 [Ne] s p. b) A partir de las cofiguracioes electróicas ateriores, determia el úmero de electroes desapareados que preseta cada uo de los átomos: Be: 0, está todos apareados e orbitales tipo s. Sistema periódico 9

31 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO O: e su cofiguració electróica del subivel meos eergético ecotramos la distribució ay electroes desapareados. d: co todos los subiveles más exteros completos hay 0 electroes desapareados. Ar: co todos los subiveles más exteros completos hay 0 electroes desapareados. c) Las cofiguracioes electróicas de los ioes más estables a los que puede dar lugar so las siguietes: 1 1 pxpy p z. Be( Z 4): 1s s. Puede perder los dos electroes más exteros, así cosigue cofiguració electróica de gas oble. Quedaría Be ( Z 4): 1s. 4 O( Z 8): 1s s p. Puede gaar dos electroes que se aloja e el subivel más extero, así cosigue 6 cofiguració electróica de gas oble. Quedaría O ( Z 8): 1s s p. 10 d( Z 48): [Kr] 4d 5s. Puede perder los dos electroes más exteros, así cosigue cofiguració 10 electróica de gas oble. Quedaría d ( Z 48): [Kr] 4d. 6 Ar( Z 18): [Ne] s p. Es u gas oble, co la capa más extera ya estable o toma i gaa electroes, o forma ioes. ATIVIDAD (págia 44). ometa brevemete la orgaizació del sistema periódico actual. El sistema periódico actual está formado por 7 filas o periodos y 18 columas o grupos. E total, recoge 118 elemetos químicos. A la izquierda ecotramos los metales, y a la derecha los o metales, separados por ua serie de elemetos «frotera», que so los metaloides o semimetales. El grupo 18, situado más a la derecha, correspode co los gases obles. ATIVIDADES (págia 46). 4. A qué grupo perteece el elemeto X cuya especie X tiee 8 electroes e el ivel de valecia? Al poseer 8 electroes e su capa de valecia cuado se ecuetra co dos cargas egativas, os idica que e estado eutro preseta 6 electroes e dicha capa, lo cual se correspode co los elemetos del grupo 16 (O, S, Se, Te, Po). La cofiguració electróica del io X es [Ne] s p 6. a) uál es el úmero atómico y el símbolo de X? b) A qué grupo y periodo perteece ese elemeto? c) Razoa si este io posee electroes desapareados. a) El io preseta 18 electroes; al teer tres cargas egativas el io habrá captado tres electroes, luego e su estado eutro tiee 15 electroes. Su úmero atómico es Z 15. Este úmero atómico se correspode co el fósforo (P). b) E su estado eutro, el elemeto preseta 5 electroes e su capa de valecia y e el ivel. La cofiguració electróica de la corteza del elemeto eutro es 1s s p 6 s p. Por tato, perteece al grupo 15 y al periodo. c) Vista la cofiguració expuesta e el euciado, la distribució detallada de los electroes e cada orbital es: 1s s pxpy pz s pxpy pz Vemos que el io X o tiee electroes desapareados. 5. Dado el elemeto Z 19. a) Escribe la cofiguració electróica e estado fudametal. Sistema periódico 0

32 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) uáles so los valores posibles que puede tomar los úmeros cuáticos de su electró más extero e estado fudametal? c) Idica a qué grupo y periodo perteece. a) Escribimos la cofiguració electróica del elemeto e su estado fudametal: XZ ( 19): 1s s p s p 4s :[Ar] 4s b) A u subivel 4s le correspode los úmeros cuáticos 4 y l 0. omo m l solo puede tomar el valor 0, teemos las siguietes combiacioes posibles e su estado fudametal: (4, 0, 0, 1) (4, 0, 0, 1) Este resultado o expresa que haya dos electroes co estos úmeros cuáticos. Expresa que hay u electró solo, y estas combiacioes de úmeros cuáticos so las dos posibilidades para ese electró. c) Al ser el último ivel de lleado el ivel 4, se trata de u elemeto del periodo 4. Su cofiguració del ivel de valecia es 4s 1, luego se trata de u elemeto del grupo 1. ATIVIDADES (págia 48) 6. alcula la carga uclear efectiva sobre el electró más extero de 1Al y 14Si. E primer lugar calcula la cofiguració electróica del alumiio, Al: 1s s p 6 s p 1. Los electroes del kerel so: 1s s p 6 ; e total, 10 electroes. Su apatallamieto es: Los dos electroes del subivel s ejerce u apatallamieto meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a s. Su apatallamieto es: as as. La carga uclear efectiva sobre el electró más extero del alumiio obedece a la expresió es: Z* Z a 1 10 a s a s A cotiuació calcula la cofiguració electróica del silicio, Si: 1s s p 6 s p. Los electroes del kerel so: 1s s p 6 ; e total, 10 electroes. Su apatallamieto es: Los dos electroes del subivel s ejerce u apatallamieto meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a. s Su apatallamieto es: as as. El úico electró del subivel p que ejerce u apatallamieto (sobre el último electró) meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a p. Su apatallamieto es: 1 ap ap. La carga uclear efectiva será: Z* Z a a a s p 4as ap 7. Estudia cómo variará la carga uclear efectiva de: Na y S; y S; Ge y Br. Na y S so ambos elemetos del tercer periodo. Detro de u mismo periodo, el kerel es el mismo. Tiee e comú el apatallamieto del kerel. Al avazar e el periodo se va añadiedo u electró más, cada uo de ellos co u apatallamieto meor que 1. El efecto fial será u aumeto progresivo de la carga uclear efectiva sobre el electró más extero al moveros hacia la derecha del periodo. Z*(S) Z *(Na) y S so elemetos del grupo 14. Detro de u mismo grupo, como la cofiguració electróica de la capa de valecia es la misma, aumetará e la misma medida Z y el apatallamieto, de tal maera que la carga uclear efectiva o variará. Z*() Z *(S) Br y Ge so elemetos del cuarto periodo. La carga uclear efectiva aumeta hacia la izquierda del periodo. Sistema periódico 1

33 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Z*(Br) Z *(Ge) ATIVIDADES (págia 50) Dadas las siguietes cofiguracioes electróicas exteras: s p ; s p 5 ; s p 6, idetifica el grupo del sistema periódico al que correspode cada ua de ellas. Idica, razoado la respuesta, el orde esperado para sus radios atómicos. s p posee 5 electroes e la capa de valecia. Por tato, se trata del grupo 15. s p 5 posee 7 electroes e la capa de valecia. Por tato, se trata del grupo 17. s p 6 tiee 8 electroes e la capa de valecia. Por tato, se trata del grupo 18. E los elemetos que perteece a u mismo periodo () se icorpora electroes al mismo ivel de eergía y la carga uclear efectiva va aumetado, ejerciedo ua mayor atracció sobre dichos electroes de la capa de valecia y logrado ua dismiució del radio atómico. Así teemos que: Respode e tu cuadero. radio(s p ) radio(s p 5 ) radio(s p 6 ) a) Justifica cómo es el tamaño de u átomo co respecto a su aió y co respecto a su catió. b) Explica qué so especies isoelectróicas y agrupa las siguietes segú esta categoría: l, N, Al, K, Mg. a) E el caso de los catioes, al perder electroes, habrá u meor apatallamieto para u mismo úmero atómico, co lo que la carga uclear efectiva e los catioes será mayor que e el elemeto eutro. Esta mayor atracció hará que el catió tega u meor tamaño. Así, el tamaño de u átomo será mayor respecto a su catió. radio(átomo) radio(catió) E el caso de los aioes se produce el efecto cotrario. Aumeta los electroes. Por tato, para u mismo úmero atómico el apatallamieto es mayor. omo teemos más electroes e la corteza que protoes e el úcleo, la carga uclear efectiva dismiuye; el resultado es que aumeta el radio. Así, el tamaño de u átomo será meor respecto a su aió. radio(átomo) radio(aió) b) Las especies isoelectróicas so aquellos átomos, ioes o moléculas que tiee el mismo úmero de electroes e su capa de valecia. Escribe la cofiguració electróica de las especies dadas y comprueba cuáles de ellas so isoelectróicas: 5 l Z 17 : [Ne] s p l Z 17 : [Ar] N Z 7 : [e]s p N Z 7 : [Ne] 1 KZ 19 : [Ar] 4s K Z 19 : [Ar] Mg Z 1 : [Ne] s Mg Z 1 : [Ne] El l y el K forma ua pareja de especies isoelectróicas. A su vez, el N y el Mg forma otra pareja de especies isoelectróicas. ATIVIDAD (págia 5) 10. Respode razoadamete a las siguietes cuestioes: a) Justifica por qué la primera eergía de ioizació dismiuye al bajar e u grupo de la tabla periódica. b) Ordea de mayor a meor la eergía de ioizació de los elemetos, flúor, eó y sodio. a) Al bajar e u grupo de la tabla periódica, auque se icremeta la carga uclear esta está apatallada por más capas de electroes, coservado la carga uclear efectiva. Además, el electró más extero va situádose e u ivel eergético cada vez más alejado del úcleo. Sistema periódico

34 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por tato, co la misma carga y mayor distacia dismiuye la fuerza atractiva úcleo-electró. Se ecesita aplicar meos catidad de eergía para extraer u electró. Es por eso que la eergía de ioizació dismiuye. b) Localiza los tres elemetos e la tabla periódica: El flúor se ecuetra e el periodo y e el grupo 17. El eó, e el periodo y e el grupo 18. El sodio, e el periodo y e el grupo 1. El flúor y el eó so dos elemetos que se ecuetra e el mismo periodo, se diferecia e los grupos 17 y 18. Es decir, el flúor tiee su capa de valecia casi llea y el eó llea. Además, la carga uclear efectiva para el eó es mayor que para el flúor. Y o solo eso, el tamaño del átomo es meor e el eó que e el flúor. Esto idica que e el eó, el último electró se ecuetra co meos apatallamieto que e el flúor. Por eso ecesita aplicar más catidad de eergía para arracar el último electró al eó que al flúor. E el sodio, al ser del periodo, el último electró se ecuetra más alejado del úcleo que e los otros dos elemetos, por lo que su eergía de ioizació es la de meor valor. Luego, el orde de mayor a meor valor de la eergía de ioizació de los elemetos propuestos es el siguiete: EI(Ne) EI(F) EI(Na) ATIVIDAD (págia 55) 11. Dadas las siguietes cofiguracioes electróicas de dos elemetos: A: [Ne] s p 1 y B: [Ne] s p 4 a) Justifica qué elemeto preseta mayor valor de electroegatividad. b) Predice el carácter metálico o o metálico de cada elemeto. a) Ambos elemetos perteece al periodo del sistema periódico. El elemeto A se ecuetra e el grupo 1 y el B e el grupo 16. E u mismo periodo, la electroegatividad aumeta de izquierda a derecha, el elemeto B preseta mayor electroegatividad que A. b) El elemeto A tedrá tedecia a perder u electró quedado co la cofiguració electróica A : [Ne] s (icluso puede perder tres electroes y quedar A : [Ne]). Da lugar co cierta facilidad a u io positivo. Por tato, se trata de u elemeto metálico. Si embargo, el elemeto B tederá a aceptar dos electroes, quedado co la cofiguració electróica B : [Ne] s p 6. Da lugar a u io egativo; por tato, es u elemeto o metálico. ATIVIDADES FINALES (págia 65) Sistema periódico actual 1. U elemeto químico co propiedades semejates al oxígeo. Qué cofiguració electróica tiee e su ivel de valecia? Para que u elemeto tega propiedades semejates a las de oxígeo debe poseer la misma estructura electróica de su ivel de valecia. Por tato: 4 OZ 8 : 1s s p s p 4 Sistema periódico

35 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1. Etre las alterativas que se muestra abajo, idica las que cotiee afirmacioes exclusivamete correctas sobre los elemetos cuyas cofiguracioes electróicas se muestra a cotiuació. Elemeto ofiguració electróica A 1s s p 6 s 1 B 1s s p 4 1s s p 6 s p 6 4s D 1s s p 6 s p 6 E 1s s p 6 s p 5 a) El elemeto es u gas oble y el elemeto B es u halógeo. b) Los elemetos A y se sitúa, respectivamete, e el tercer y cuarto periodos. c) El elemeto E es u afígeo y se sitúa e el quito periodo. d) El elemeto B es u halógeo del segudo periodo, y el elemeto D se sitúa e el sexto periodo. e) El elemeto A es u metal alcalio. a) Falsa. La cofiguració del elemeto correspode a u alcaliotérreo, e particular el a. La del B, a u elemeto del grupo 16, e particular el O. b) Verdadera. El último ivel del elemeto A (Na) es el ivel tres como idica el último electró e s 1 ; por tato, se ecotrará e el tercer periodo. El último ivel del elemeto (a) es el ivel cuatro como idica el último electró e 4s ; por tato, se ecuetra e el cuarto periodo. c) Falsa. La cofiguració de E es la de u halógeo (s p 5 ) del tercer periodo, e particular es el l. d) Falsa. Ya hemos visto que B, auque sí se ecuetra e el segudo periodo, perteece al grupo 16. Además, D llea el ivel (s p 6 ); por tato, se ecuetra e el tercer periodo o e el sexto. D es u gas oble, se trata del Ar. e) Verdadera. La cofiguració de A se correspode co la de u alcalio, co u electró e la capa de valecia (s 1 ), e particular es el Na. 14. Las vitamias A, y E posee propiedades atioxidates, por eso so importates por su acció atirradicales libres. La vitamia E, por ejemplo, cuado iteraccioa co el seleio, origia ua potete acció ihibidora de los radicales libres. E relació co el seleio podemos afirmar que: a) Se ecuetra e el tercer periodo de la tabla periódica. b) Posee cuatro electroes e el ivel más extero. c) Preseta u acetuado carácter metálico. d) Posee tedecia a formar ioes de carga positiva. e) Tiee seis electroes e su ivel más extero. El seleio es u elemeto del grupo 16 y periodo 4. Su cofiguració de la capa de valecia será: 4s 4p 4. Tedrá, por tato, tedecia a captar dos electroes y formar aioes Se, presetado carácter o metálico. Segú esto, la afirmació correcta será la afirmació e). 15. U elemeto químico que perteece al grupo pierde dos electroes. A qué grupo correspoderá la cofiguració electróica del io formado? Escribe la cofiguració electróica de la capa más extera del io. Los elemetos del grupo so alcaliotérreos co ua cofiguració e su capa de valecia s. Al perder dos electroes, adquirirá la cofiguració del gas oble aterior ( 1)s ( 1)p 6. El io formado tedrá ua cofiguració como la de los elemetos del grupo 18, es decir: ( 1)s ( 1)p 6. Sistema periódico 4

36 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 16. Relacioa cofiguracioes electróicas co la ordeació periódica de los elemetos e la tabla periódica. La posició de los elemetos detro de la tabla está relacioada co sus cofiguracioes electróicas. Grupo 1: cofiguració s 1. Grupo : cofiguració s. Grupo al 1: cofiguració s ( 1)d 1 a s ( 1)d 10. Grupos 1 a 18: cofiguració s p 1 a s p 6 (salvo el helio s e el grupo 18) Sea los elemetos A y B cuyos úmeros atómicos so 5 y 17. Escribe su cofiguració electróica e idetifícalos. A: 1s s p 1. Elemeto del grupo 1, segudo periodo; se trata del boro, B. B: 1s s p 6 s p 5. Elemeto del grupo 17, tercer periodo; se trata del cloro, l. La cofiguració electróica del cic es: 1s s p 6 s p 6 4s d 10 Idica: a) Su úmero atómico. b) El periodo e el que se ecuetra. c) La carga del catió más probable. d) El ombre del grupo de metales al que perteece. a) Al tratarse de u elemeto eutro su úmero atómico se puede igualar al úmero de electroes. Suma el úmero de electroes idicado por los expoetes: Z 0. b) Su último ivel de lleado es el cuatro; luego, perteecerá al periodo 4. c) Tedrá tedecia a perder los dos electroes del ivel 4s dado lugar a u catió, lo que le coferirá ua estabilidad adicioal. Su carga será, por tato,. d) Dada la cofiguració de la capa de valecia, 4s d 10, se trata de u elemeto del grupo 1, que se correspode co los metales de trasició. 19. Escribe la cofiguració electróica correspodiete al estado fudametal de: a) El elemeto de úmero atómico 4. b) El cuarto gas oble. c) El elemeto del tercer periodo co mayor radio atómico. d) El elemeto del grupo 1 de mayor carácter metálico. Idica e cada caso el símbolo y el ombre del elemeto. a) La cofiguració de este elemeto e el estado fudametal es: [Kr] 5s 4d 5. Se trata de u elemeto del grupo 7 y periodo 5. Es el tececio, Tc. b) El cuarto gas oble es el kriptó, Kr, y su cofiguració electróica es: [Ar] d 10 4s 4p 6. c) El radio dismiuye al avazar e el periodo, luego el de mayor radio atómico será el primer elemeto del periodo, es decir, el sodio, Na. Su cofiguració electróica es: [Ne] s 1. d) El carácter metálico aumeta al bajar e el grupo; el de mayor carácter metálico será el último elemeto del grupo 1, es decir, el talio, Tl. Su cofiguració electróica es: [Xe] 5d 10 6s 6p 1. Sistema periódico 5

37 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Describe la cofiguració electróica de los elemetos alumiio, cobre, fósforo y potasio e su estado fudametal. Idica su localizació e la tabla periódica (grupo y periodo) y los electroes de valecia de cada uo de ellos. Datos: Al (Z 1), u (Z 9), P (Z 15), K (Z 19). Al: [Ne] s p 1. Dada su cofiguració tiee electroes e la capa de valecia. Se ecuetra e el grupo 1. Llea el ivel, por lo que es u elemeto del periodo. u: [Ar] 4s 1 d 10. Se trata de ua de las excepcioes; el presetar el subivel d completo le cofiere ua estabilidad adicioal que hace que promocioe u electró del subivel 4s al d. El ser ua excepció y que presete u subivel d 10 o debe cofudiros, ya que perteece al grupo 11. Al ser su último ivel el 4s 1 perteece al periodo 4. Preseta 1 electró e su capa de valecia. P: [Ne] s p. Dada su cofiguració tiee 5 electroes e la capa de valecia. Se ecuetra e el grupo 15. Llea el ivel, por lo que es u elemeto del periodo. K: [Ar] 4s 1. Dada su cofiguració tiee 1 electró e la capa de valecia. Se ecuetra e el grupo 1, el de los alcalios. Llea el ivel 4, por lo que es u elemeto del periodo 4. A partir de las siguietes cofiguracioes electróicas de los iveles de eergía más exteros, idetifica el grupo de la tabla periódica al que perteece. Idica el símbolo y el periodo del primer elemeto de cada grupo. a) s p 4 c) s p 1 b) s d) s p 5 a) Al teer seis electroes e la capa de valecia, se trata del grupo 16. El primer elemeto de este grupo es el oxígeo, O, que se ecuetra e el periodo. Su cofiguració electróica es: 1s s p 4. b) Al teer dos electroes e la capa de valecia, se trata del grupo. El primer elemeto de este grupo es el berilio, Be, que se ecuetra e el periodo. Su cofiguració electróica es: 1s s. c) Al teer tres electroes e la capa de valecia, se trata del grupo 1. El primer elemeto de este grupo es el boro, B, que se ecuetra e el periodo. Su cofiguració electróica es: 1s s p 1. d) Al teer siete electroes e la capa de valecia, se trata del grupo 17. El primer elemeto de este grupo es el flúor, F, que se ecuetra e el periodo. Su cofiguració electróica es: 1s s p 5. ATIVIDADES FINALES (págia 66) Apatallamieto y carga uclear efectiva.. Justifica la ifluecia de la carga eléctrica del úcleo sobre el radio de u io y compara los radios. E el caso de los catioes, al perder electroes habrá u meor apatallamieto para u mismo úmero atómico, co lo que Z* e los catioes será mayor que e el elemeto eutro. Esta mayor atracció hará que el catió tega u meor tamaño. E los aioes se produce el efecto cotrario; aumeta los electroes, co lo que aumeta el apatallamieto para u mismo úmero atómico, dismiuye Z* y aumeta el tamaño del radio. Por tato: radio(catió) radio(átomo eutro) radio(aió) Justifica la diferecia de radio atómico e fució de la carga uclear efectiva. E los elemetos que perteece a u mismo periodo se icorpora electroes al mismo ivel de eergía, pero la carga uclear efectiva va aumetado a lo largo del periodo, por lo que ejerce ua mayor atracció sobre dichos electroes de la capa de valecia y logra ua dismiució del radio atómico. Por tato, los radios atómicos de u periodo dismiuye de izquierda a derecha. E elemetos perteecietes a u mismo grupo, la carga uclear efectiva o varía, pero sí cambia el úmero de iveles de lleado, por lo que irá aumetado el radio atómico a lo largo del grupo. Por tato, los radios atómicos de u grupo aumeta de arriba abajo. Sistema periódico 6

38 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Propiedades periódicas Dadas las especies químicas Ne y O, razoa la veracidad o falsedad de las siguietes afirmacioes: a) Ambas especies tiee el mismo úmero de electroes. b) Ambas especies tiee el mismo úmero de protoes. c) El radio del io óxido es mayor que el del átomo de eó. a) Verdadera. El Ne es u gas oble del segudo periodo, su cofiguració es 1s s p 6, co 10 electroes. El O es u elemeto del grupo 16, segudo periodo, su cofiguració electróica es: 1s s p 4. El O ha gaado electroes, siedo su cofiguració: 1s s p 6, tambié co 10 electroes. b) Falsa. Al ser elemetos diferetes preseta distito úmero atómico y diferete úmero de protoes. 10 protoes tiee el Ne y 8 protoes tiee el O. c) Verdadera. Por u lado, ambos elemetos se ecuetra e el mismo periodo, y e u periodo el radio dismiuye de izquierda a derecha, luego radio(ne) radio(o). Además, los aioes so más grades que sus elemetos eutros de partida, por lo que el radio de O será aú mayor que el del Ne: radio(ne) radio(o ) Las tres primeras eergías de ioizació de u elemeto químico so 78, 1450 y 770 kjmol. Sabiedo que se trata de u elemeto del tercer periodo de la tabla periódica, idica razoadamete a qué grupo perteece y su cofiguració electróica. La relació etre primera y seguda eergía de ioizació es aproximadamete el doble: EI EI kj/mol 1, kj/mol Observa el aumeto importate etre la seguda eergía de ioizació y la tercera: EI EI 770 kj/mol 5, kj/mol Esto hace pesar e u elemeto del segudo grupo (alcaliotérreos). Al ecotrarse e el tercer periodo su cofiguració es: Las sucesivas extraccioes de electroes so: 1s s p 6 s X: 1s s p 6 s EI 1 X : 1s s p 6 s 1 1 e X : 1s s p 6 s 1 EI X : 1s s p 6 s 0 1 e X : 1s s p 6 s 0 EI X : 1s s p 5 s 0 1 e Al pasar de X a X pierde la estructura de gas oble, lo que justifica el aumeto ta elevado de EI a EI. 6. Los siguietes ioes: O, F, Na, Mg, tiee todos 10 electroes. a) Explica cuátos protoes tiee cada uo. b) Explica cuál tiee el mayor y cuál el meor radio ióico. c) Explica cuál de las especies químicas eutras correspodietes (O, F, Na, Mg) tiee el mayor radio atómico. d) Explica cuál de los mismos átomos eutros ateriores tiee el meor radio atómico. a) O ha captado dos electroes. Si el io tiee 10, el átomo eutro del que procede tedría 8 electroes. Por tato, 8 protoes e el úcleo. F ha captado u electró. Si el io tiee 10, el átomo eutro del que procede tedría 9 electroes. Por tato, 9 protoes e el úcleo. Na ha perdido u electró. Si el io tiee 10, el átomo eutro del que procede tedría 11 electroes. Por tato, 11 protoes e el úcleo. Sistema periódico 7

39 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Mg ha perdido dos electroes. Si el io tiee 10, el átomo eutro del que procede tedría 1 electroes. Por tato, 1 protoes e el úcleo. b) Para ordear e tamaño debemos ateder varios criterios: o los átomos eutros. A meor carga uclear efectiva mayor atracció, lo que supoe meor tamaño. Al avazar e el mismo periodo la carga uclear efectiva dismiuye: radio(o) radio(f) radio(na) radio(mg) Los aioes preseta mayor radio que los átomos eutros de los que procede. El O icorpora electroes co 8 protoes e el úcleo. El F icorpora 1 electró co 9 protoes e el úcleo. Esto acetúa la diferecia etre ambas especies: radio(o ) radio(f ) Los catioes al perder electroes de la capa de valecia ve reducido su radio por ua mayor atracció del úcleo. El Na+ pierde 1 electró co 11 protoes e el úcleo. El Mg pierde electroes co 1 protoes e el úcleo. Esto acetúa la diferecia etre ambas especies: radio(na ) radio(mg ) Todas las especies a comparar so isoelectróicas co 10 electroes e la corteza. El úcleo co mayor úmero de protoes retedrá los 10 electroes de su corteza co mayor eficacia reduciedo el tamaño. El que meos protoes tiee es el oxígeo, el que más el magesio. Por eso: radio(o ) radio(mg ) El mayor radio correspode al óxido, O, y el meor radio al magesio(ii), Mg. c) O y F se ecuetra e el segudo periodo, y Na y Mg, e el tercer periodo. El radio atómico dismiuye de izquierda a derecha e el periodo, pues la carga uclear efectiva aumeta e el periodo. Y aumeta de arriba abajo e el grupo, pues la catidad de capas del kerel es cada vez mayor y esto apatalla la atracció del úcleo. El sodio está más a la izquierda y más abajo. Es el sodio, Na, el que tiee mayor radio atómico. d) Por el mismo razoamieto aterior. El flúor, F, más a la derecha y más arriba, será el que presete meor radio atómico. 7. Los úmeros atómicos del oxígeo, el flúor y el sodio so, respectivamete, 8, 9 y 11. a) Razoa cuál de los tres elemetos tedrá u radio atómico mayor. b) Razoa si el radio del io fluoruro será mayor o meor que el radio atómico del flúor. a) O y F se ecuetra e el segudo periodo, y Na, e el tercer periodo. El radio atómico dismiuye de izquierda a derecha e el periodo pues la carga uclear efectiva aumeta e el periodo. Y aumeta de arriba abajo e el grupo, pues la catidad de capas del kerel es cada vez mayor y esto apatalla la atracció del úcleo. El sodio está más a la izquierda y más abajo. Es el sodio, Na, el que tiee mayor radio atómico. b) E los aioes aumeta los electroes de la capa de valecia, aumetado el apatallamieto para u mismo úmero atómico, dismiuyedo Z* y aumetado el tamaño del radio. Por tato: radio(f ) radio(f) 8. Defie correctamete el cocepto de primera eergía de ioizació y señala la ifluecia que sobre ella ejerce el diferete ivel eergético del electró extraído. La primera eergía de ioizació, EI, es la míima eergía ecesaria para que u átomo eutro, X, e estado gaseoso y e su estado electróico fudametal, ceda u electró de su ivel extero y dé lugar a u io moopositivo, X, tambié e estado gaseoso y estado electróico fudametal. X(g) EI X (g) 1 e La diferecia de ivel hace referecia a la variació de eergía de ioizació detro de u grupo. E u grupo, el radio atómico va aumetado y la carga uclear efectiva permaece costate, por lo que los electroes estará cada vez Sistema periódico 8

40 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO meos atraídos y habrá que sumiistrar meos eergía para arracarlos. La eergía de ioizació de u grupo dismiuye de arriba abajo. 9. Idica razoadamete: a) Qué tiee e comú los siguietes átomos e ioes: Na, Ne, F y O. b) uál es el orde de sus valores de potecial de ioizació. Datos: Na (Z 11), Ne (Z 10), F (Z 9), O (Z 8). a) Todos so elemetos isoelectróicos, co el mismo úmero de electroes: Na ha perdido u electró, luego tedrá 10. Ne tiee Z 10, luego tedrá 10 electroes. F ha gaado u electró, luego tedrá 10. O ha gaado dos electroes, luego tedrá tambié 10 electroes. b) O, F y Ne so elemetos del segudo periodo y el Na es el primer elemeto del tercer periodo. El potecial o eergía de ioizació aumeta de izquierda a derecha e el periodo y dismiuye de arriba abajo e el grupo. Por otro lado, todos ellos preseta la estructura de gas oble, por lo que será difícil arracarles u electró. Otra variable a teer e cueta es la especial dificultad que presetará el Na, co carga positiva, a dejarse arracar u segudo electró. Teiedo todos estos factores e cueta, el orde (de meor a mayor) de sus valores de potecial de ioizació será: O F Ne Na Se tiee dos elemetos, uo de Z 5 y otro cuyos electroes de mayor eergía posee la cofiguració 4s. a) Idica la posició de cada uo de ellos e la tabla periódica y la valecia covalete más probable de cada uo. b) Justifica cuál tiee mayor potecial de ioizació. a) La cofiguració del primero es: 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 5. Se trata de u elemeto del grupo 17 situado e el periodo 4 (Br). Tedrá tedecia a captar u electró, luego su covalecia más probable será 1. E el caso del otro elemeto os idica que los electroes de la capa de valecia (mayor eergía) está e el subivel 4s. Por tato, se trata de u elemeto del grupo, periodo 4 (a). Tedrá tedecia a perder dos electroes, por lo que su covalecia más probable será. b) Ambos so elemetos del cuarto periodo. La eergía de ioizació aumeta de izquierda a derecha detro de u mismo periodo, el elemeto co mayor eergía de ioizació es el elemeto co Z 5, situado más a la derecha. Dados los elemetos A (Z 1), B (Z 9) y (Z 19). a) Escribe sus cofiguracioes electróicas. b) uál será la cofiguració electróica del io más estable de cada uo? c) Defie el cocepto de electroegatividad e idica cuál de los elemetos ateriores se espera que tega el valor más alto y cuál el más bajo. a) A: [Ne] s p 1 ; B: [e] s p 5 ; : [Ar] 4s 1. b) A: Tiede a perder electroes, formado el io A y adquiere la cofiguració del eó: 1s s p 6. B: Tiede a gaar 1 electró, formado el io B y adquiere la cofiguració del eó: 1s s p 6. : Tiede a perder 1 electró, formado el io y adquiere la cofiguració del argó: 1s s p 6 s p 6. c) La electroegatividad es ua medida de la capacidad de u átomo para competir por el par de electroes que comparte co otro átomo al que está uido. Los mayores valores de electroegatividad se ecuetra e el grupo de los halógeos. El elemeto B preseta la cofiguració de u halógeo y, por tato, será el de mayor electroegatividad. Sistema periódico 9

41 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Los valores meores se ecuetra e los alcalios de mayor úmero atómico. Al ser el elemeto u alcalio, será el que presete meor electroegatividad.. Las siguietes cofiguracioes electróicas correspode a átomos eutros cuyas cofiguracioes so: X: 1s s p 6 Y: 1s s p 5 s 1 Idica cuál de las siguietes afirmacioes es icorrecta: a) El elemeto co la cofiguració Y perteece al tercer periodo. b) El elemeto co la cofiguració X es u gas oble. c) Las cofiguracioes X e Y perteece a u mismo elemeto. d) La eergía de ioizació asociada a la cofiguració Y es más pequeña que la de la cofiguració X. X es u elemeto del grupo 18, gases obles, del segudo periodo, y preseta su cofiguració e estado fudametal. E el caso de Y se trata del mismo elemeto, pero co ua cofiguració excitada. Por tato, la afirmació icorrecta es la a), ya que Y, al igual que X, se ecuetra e el segudo periodo. ATIVIDADES FINALES (págia 67) La cofiguració electróica de la capa de valecia de u elemeto A es s p 5. a) Justifica si se trata de u metal o u o metal. b) Idica, razoadamete, u elemeto que tega mayor potecial de ioizació que A. c) Idica, razoadamete, u elemeto que tega meor potecial de ioizació que A. a) El elemeto tiee 7 electroes e la capa de valecia, por lo que perteece al grupo 17, periodo, y tedrá tedecia a captar u electró, formado aioes. Se tratará, por tato, de u o metal. b) El potecial de ioizació dismiuye al bajar e el grupo. U elemeto del grupo 17, situado e el periodo, tedrá mayor potecial de ioizació que él. Es el flúor. c) El potecial de ioizació aumeta de izquierda a derecha e el periodo, por lo que cualquier elemeto del tercer periodo situado más a la izquierda que uestro elemeto tedrá meor potecial de ioizació que él; por ejemplo, el azufre. Escoge la respuesta acertada e cuato a la eergía de ioizació: a) Aumeta a medida que aumeta el úmero atómico del elemeto. b) Dismiuye a medida que aumeta el úmero atómico del elemeto. c) E los metales alcalios aumeta a medida que aumeta el úmero atómico del elemeto. d) E los halógeos dismiuye a medida que aumeta el úmero atómico del elemeto. La eergía de ioizació aumeta de izquierda a derecha e el periodo y dismiuye de arriba abajo e el grupo. Siguiedo estas premisas, la respuesta acertada es la d). Dados los elemetos A (Z 0) y B (Z 5), respode a las siguietes cuestioes: a) Idica las cofiguracioes electróicas de estos elemetos. b) Idica a qué grupo y periodo perteece. c) uál de ellos tedrá mayor potecial de ioizació? a) Las cofiguracioes so: A: [Ar] 4s y B: [Ar] 4s d 10 4p 5. b) A, co electroes e la capa de valecia, perteece al grupo, periodo 4. B, co 7 electroes e la última capa, perteece al grupo 17, periodo 4. c) El potecial de ioizació aumeta de izquierda a derecha e el periodo, luego de los dos elemetos el de mayor potecial de ioizació es el B. Sistema periódico 40

42 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La cofiguració electróica de u elemeto es 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 6 5s 4d 10 5p 5 : a) Se trata de u metal o u o metal? A qué grupo y periodo de la tabla periódica perteece y cuál es su símbolo? b) Idica dos elemetos que tega mayor eergía de ioizació que él detro de su grupo. a) Tiee 7 electroes e la capa de valecia, luego es u elemeto del grupo 17, localizado e el periodo 5. Se trata, por tato, del yodo, I. Es u o metal. b) Detro de u grupo la eergía de ioizació dismiuye al bajar e el grupo, luego cualquier elemeto situado por ecima de él tedrá mayor eergía de ioizació. Por ejemplo, Br y l. Escribe la cofiguració electróica de cada ua de las especies e estado fudametal: l, P, Al. Ordea los elemetos químicos P, Na, Si, Mg, S, Ar, Al, l, segú su primera eergía de ioizació, razoado la respuesta. Datos: P(Z 15), Na(Z 11), Si(Z 14), Mg(Z 1), S(Z 16), Ar(Z 18), Al(Z 1), l(z 17). l(z 17): [Ne] s p 5. P (Z 15), como ha gaado tres electroes su cofiguració es: 1s s p 6 s p 6. Al + (Z 1), al perder tres electroes su cofiguració es: 1s s p 6. La eergía de ioizació aumeta de izquierda a derecha e el periodo. El motivo hay que buscarlo e la carga uclear efectiva, que crece detro del periodo. Al avazar e el periodo hay mayor carga uclear efectiva y los electroes so reteidos co mayor eficacia. El orde es: Na Mg Al Si P S l Ar 8. Los úmeros atómicos de los elemetos A, B, y D so, 11, 17 y 5, respectivamete. a) Escribe, para cada uo de ellos, la cofiguració electróica e idica el úmero de electroes desapareados. b) Justifica qué elemeto tiee mayor radio. c) Etre los elemetos B y razoa cuál tiee mayor eergía de ioizació. a) A: 1s ; o preseta igú electró desapareado. B: 1s s p 6 s 1 ; preseta 1 electró desapareado. : 6 1 1s s p s px py p z ; preseta 1 electró desapareado. D: 1s s p 6 s p 6 4s d 5, los cico electroes está repartidos etre los cico orbitales d, por lo que presetará 5 electroes desapareados. b) El elemeto A se ecuetra e el primer periodo y es de pequeño tamaño. B y perteece al tercer periodo. El radio e u periodo dismiuye de izquierda a derecha, por lo que el elemeto co mayor radio de los dos será el B, que se ecuetra e el grupo 1. D se ecuetra e el cuarto periodo, pero e el grupo 7, lo que hace que tega meor radio que B. El de mayor radio es el elemeto B. c) E u periodo, la eergía de ioizació aumeta de izquierda a derecha. Por tato, el elemeto de mayor eergía de ioizació es el elemeto. 9. El úmero de electroes de los átomos eutros A, B,, D y E es, 9, 11, 1 y 1, respectivamete. Idica, razoado la respuesta, cuál de ellos: a) orrespode a u gas oble. b) Es u metal alcalio. c) Es el más electroegativo. Para poder cotestar ecesitamos coocer las cofiguracioes electróicas de todos ellos: A: 1s B: 1s s p 5 : 1s s p 6 s 1 D: 1s s p 6 s E: 1s s p 6 s p 1 Sistema periódico 41

43 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) La úica cofiguració correspodiete a u gas oble es la del elemeto A. Se trata del helio. b) La cofiguració de u elemeto alcalio (s 1 ) es la del elemeto. Se trata del sodio. c) Los elemetos más electroegativos so los halógeos, co ua cofiguració e la capa de valecia s p 5. Esta cofiguració la preseta el elemeto B. Se trata del flúor. 40. osidera los elemetos co úmeros atómicos 4, 11, 17 y : a) Escribe la cofiguració electróica señalado los electroes de la capa de valecia. b) Idica a qué grupo del sistema periódico perteece cada elemeto y si so metales o o metales. c) uál es el elemeto más electroegativo y cuál el meos electroegativo? a) Las cofiguracioes será: Z 4: 1s s Z 11: 1s s p 6 s 1 Z 17: 1s s p 6 s p 5 Z : 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p (Señalamos e color rojo los electroes de la capa de valecia). b) Los grupos y el carácter metálico, o o, so: Z 4: grupo metal Z 11: grupo 1 metal Z 17: grupo 17 o metal Z : grupo 15 semimetal c) El elemeto más electroegativo será el halógeo; es decir, el elemeto co Z 17. El meos electroegativo será el alcalio; esto es, el elemeto co Z otesta e tu cuadero: a) Escribe las cofiguracioes electróicas de los átomos 19K y 17l y de sus ioes K y l. b) Justifica la razó por la que el radio del io K (0,1 m) es iferior al del io l (0,181 m). c) Qué se etiede por primera eergía de ioizació de u átomo? Señala la causa pricipal por la que la primera eergía de ioizació del átomo de potasio es tambié meor que la del átomo de cloro. a) 19K: 1s s p 6 s p 6 4s 1 K + : 1s s p 6 s p 6 17l: 1s s p 6 s p 5 l : 1s s p 6 s p 6 b) Los catioes, al perder electroes, tiee u meor apatallamieto para u mismo úmero atómico, co lo que Z* e los catioes es mayor que e el elemeto eutro. Esta mayor atracció hace que el catió tega u meor tamaño. Por el cotrario, e los aioes aumeta los electroes, aumeta el apatallamieto para u mismo úmero atómico, dismiuye Z* y aumeta el tamaño del radio. Por eso, pese a que el potasio e estado eutro, al estar más hacia la izquierda de la tabla y e u periodo mayor que el cloro, tiee mayor tamaño que este; e el caso de sus ioes ocurre al cotrario. c) Eergía de ioizació, EI, es la míima eergía ecesaria para que u átomo eutro, X, e estado gaseoso, y e su estado electróico fudametal, ceda u electró de su ivel extero y dé lugar a u io moopositivo, X, tambié e estado gaseoso fudametal. El potasio, co u úico electró e su capa de valecia, tedrá mucha tedecia a cederlo para adquirir la cofiguració de gas oble, por lo que se ecesitará poca eergía para arracarle dicho electró. Si embargo, el cloro, co siete electroes e la capa de valecia, o tedrá tedecia a cederlos, sio a captar uo uevo, por lo que se ecesitará mucha eergía para arracarle u electró. Sistema periódico 4

44 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 68) 4. E las siguietes parejas de átomos o ioes, basádote e las cofiguracioes electróicas, explica cuál tiee: a) Mayor radio, K o K. b) Mayor potecial de ioizació, K o Rb. c) Mayor úmero de electroes, l o K. d) Mayor electroegatividad, l o F. Datos: F(Z 9), l(z 17), K(Z 19), Rb(Z 7). a) Segú hemos visto e el ejercicio aterior, el tamaño de los catioes es siempre meor que el de sus átomos eutros. El de mayor radio es el K. b) So elemetos del mismo grupo. E u grupo, el potecial de ioizació dismiuye e el grupo, por lo que el de mayor potecial de ioizació es el K. c) El l, co Z 17, tiee u electró de más, por lo que tedrá 18. El K, co Z 19, tiee u electró meos y tambié tedrá 18 electroes. Por tato, ambos tiee el mismo úmero de electroes. d) So elemetos del mismo grupo, y e u grupo la electroegatividad dismiuye al aumetar el úmero atómico. El de mayor electroegatividad es el F. 4. Para cada uo de los elemetos co la siguiete cofiguració electróica e los iveles de eergía más exteros: A: s p 4 ; B: s ; : s p ; D: s p 5 a) Idetifica el símbolo del elemeto, el grupo y el periodo e la tabla periódica. b) Idica los estados de oxidació posibles para cada uo de esos elemetos. c) Justifica cuál tedrá mayor radio atómico, A o B. d) Justifica cuál tedrá mayor electroegatividad, o D. a) A: s p 4, seis electroes e la capa de valecia. Es u elemeto del grupo 16 y se ecuetra e el periodo. Se trata del oxígeo, O. B: s, dos electroes e la capa de valecia. Es u elemeto del grupo y se ecuetra e el periodo. Se trata del berilio, Be. : s p, cuatro electroes e la capa de valecia. Es u elemeto del grupo 14 y se ecuetra e el periodo. Se trata del silicio, Si. D: s p 5, siete electroes e la capa de valecia. Es u elemeto del grupo 17 y se ecuetra e el periodo. Se trata del cloro, l. b) A tederá a gaar dos electroes,. B tederá a perder dos electroes,. podrá gaar o perder cuatro electroes, 4. D tederá a captar u electró, por lo que su estado más probable será 1. Si se combia co u elemeto más electroegativo será 1. Además, e las oxisales puede presetar estados de oxidació, 5 y 7. c) Ambos se ecuetra e el segudo periodo. El radio dismiuye de izquierda a derecha e el periodo. El de mayor radio atómico es B. d) Ambos está e el tercer periodo. La electroegatividad aumeta de izquierda a derecha e el periodo. El de mayor electroegatividad es D. 44. E la tabla periódica se ecuetra e la misma columa los elemetos cloro, bromo y yodo colocados e orde creciete de su úmero atómico. Si el úmero atómico del cloro es 17. a) Escribe la cofiguració electróica de los tres elemetos. b) Defie el primer potecial de ioizació de u elemeto químico y asiga a cada uo de los tres elemetos el potecial de ioizació que pueda correspoderle de etre los siguietes: 10,4; 11,8 y 1,1 ev. Sistema periódico 4

45 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Defie qué es afiidad electróica. a) El cloro, co Z 17, su cofiguració es: 1s s p 6 s p 5. El bromo, co Z 5, su cofiguració es: 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 5. El bromo, co Z 5, su cofiguració es: 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 6 5s 4d 10 5p 5. b) La eergía de ioizació, EI, es la míima eergía ecesaria para que u átomo eutro, X, e estado gaseoso y e su estado electróico fudametal ceda u electró de su ivel extero y dé lugar a u io, X, tambié e estado gaseoso fudametal. La eergía de ioizació dismiuye e el grupo al aumetar el úmero atómico; la mayor eergía será la del cloro; luego, la del bromo, y por último, la del yodo: EI(l) 1,1 ev EI(Br) 11,8 ev EI(I) 10,4 ev c) Afiidad electróica, AE, es la variació de eergía que se produce cuado u átomo eutro, X, e estado gaseoso y e su estado electróico fudametal, adquiere u electró y se trasforma e u io, X, tambié e estado gaseoso y fudametal. 45. Respode a las siguietes cuestioes e tu cuadero: a) El litio, el sodio y el potasio so tres metales alcalios de úmeros atómicos, 11 y 19, respectivamete. Asiga, de maera razoada, a cada uo de estos metales uo de los siguietes valores de eergía de ioizació: 100, 119 y 14 kcalmol. b) Razoa cómo varía la eergía de ioizació e u mismo periodo de la tabla periódica. c) Argumeta si es cierta o falsa la siguiete afirmació: «ualquier metal alcalio es más electropositivo que cualquier metal alcaliotérreo». a) La eergía de ioizació dismiuye e el grupo al aumetar el úmero atómico. Al ser elemetos del mismo grupo, el de mayor eergía de ioizació será el litio; luego, el sodio, y por último, el potasio: Li (14 kcal/mol), Na (119 kcal/mol) y K (100 kcal/mol) b) Detro del periodo el radio atómico dismiuye hacia la derecha y la carga uclear efectiva aumeta. Así, los electroes exteros estará más fuertemete atraídos y tedremos que sumiistrar ua mayor eergía para arracarlos al moveros hacia la derecha del periodo. Por tato, la eergía de ioizació de u periodo aumeta de izquierda a derecha. c) La afirmació es falsa. La electroegatividad dismiuye de arriba abajo e el grupo y aumeta de izquierda a derecha e el periodo. E geeral, los alcalios so meos electroegativos o más electropositivos que los alcaliotérreos. Pero si comparamos el primer alcalio, el litio, co el último alcaliotérreo, esto o será así. La electroegatividad del litio, Li, tiee u valor de 1; y la electroegatividad del bario, Ba, 0,9. Por tato, el Ba es más electropositivo que el Li. 46. Dadas las eergías de ioizació de los primeros elemetos alcalios, que se recoge a cotiuació expresadas e kj/mol, cotesta e tu cuadero razoadamete a las siguietes pregutas: 1. a EI. a EI. a EI 4. a EI Li _ Na K a) Por qué o existe u valor para la 4. a EI del litio? b) Por qué dismiuye la 1. a EI al desplazaros del litio al potasio? c) Por qué aumeta la eergía de ioizació al desplazaros de la 1. a EI a la 4. a EI? a) El litio e su corteza solo posee electroes, y como la eergía de ioizació es la eergía ecesaria para arracar u electró de la corteza de u átomo, si o hay electroes es imposible poder arracarlos. Por tato, o puede existir para el litio ua 4.ª eergía de ioizació para el litio. Sistema periódico 44

46 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Al desceder e u grupo de la tabla periódica, el electró más extero se va situado e u ivel eergético cada vez más alejado del úcleo, por lo que la fuerza úcleo-electró más extero va siedo cada vez meor y se ecesita gastar meos eergía para arracarlo. Así, la eergía de ioizació va dismiuyedo al desceder e el grupo de los alcalios por ser meor la fuerza atractiva del úcleo sobre el electró más extero. c) La eergía de ioizació de u átomo va aumetado al pasar de la primera a las sucesivas eergías de ioizació, por ser mayor la fuerza atractiva del úcleo sobre el electró más extero. Esto es debido a que al ir dismiuyedo el úmero de electroes de la corteza, va dismiuyedo el apatallamieto sobre este electró y aumetado la fuerza atractiva úcleo-electró a arracar. QUÍMIA EN TU VIDA (págia 70) Las armas químicas se usaro como ua iovació militar de las que hubo que medir sus cosecuecias y corregir a posteriori. a) Es posible prever todas las cosecuecias de cualquier decisió tomada? b) Es el tiempo de guerra el cotexto más adecuado para evaluar las cosecuecias? a) Ate la aplicació de cualquier descubrimieto o iovació cietífica hay que ser prudetes y estudiar las posibles cosecuecias que puede teer ates de poerlo e práctica. Auque o siempre es posible prever las cosecuecias, dado que e el mometo se descooce sobre todo los efectos a largo plazo, sí que se puede hacer u balace de lo positivo y lo egativo que sigificaría su aplicació. b) Debemos evaluar las cosecuecias e u cotexto global. Esto es, tato e lo social como e lo ecoómico o medioambietal. E tiempo de guerra la posibilidad de adquirir vetaja sobre el eemigo suele llevar a tomar malas decisioes e este setido. Visto el caso de Moseley, qué opiió te merece el reclutamieto forzoso? Y la decisió de excluir del servicio de armas a cietíficos destacados? E el caso de Moseley, igual que e el de cualquier otro ciudadao, vemos claramete u efecto egativo e el reclutamieto forzoso, pues poe e peligro a todos. Si embargo, por el hecho de ser cietífico de éxito se debe legislar estableciedo privilegios?, somos todos iguales ate la ley? E los estados occidetales sí se toma la igualdad como derecho fudametal para cualquier otra legislació. Este debate está cerrado bajo la autoridad de estos estados. So todos los descubrimietos cietíficos positivos para la humaidad? omo acabamos de ver e este caso, o todos los descubrimietos cietíficos so positivos para la humaidad. Existe muchos ejemplos de aplicacioes egativas del coocimieto cietífico. Basta co pesar, por ejemplo, e el uso del coocimieto cietífico para el desarrollo de la bomba atómica, co cosecuecias desastrosas para el medio ambiete y para la humaidad. Pero la mayoría de las veces, los descubrimietos cietíficos se aplica e el desarrollo de productos y servicios que mejora uestra calidad de vida, y que podemos cosiderar, por tato, positivos. Sistema periódico 45

47 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico 46

48 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Elace químico Elace químico 47

49 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Elace químico 48

50 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Elace químico PARA OMENZAR (págia 71) Tiee el mismo brillo los tres mierales? So igual de frágiles? rees que tiee ua desidad parecida? Al observar la image, vemos que cada mieral tiee u brillo y color determiado. Seguramete o sea todos igual de frágiles, i tedrá ua desidad parecida, ya que sus propiedades físicas y químicas depede de los tipos de elace que cotega. A qué se debe las propiedades ta diferetes que muestra a primera vista uos mierales de otros? Las propiedades de cada mieral depede del tipo de elace que ue sus átomos, moléculas o ioes. E fució de si preseta elace ióico, covalete o metálico. ATIVIDADES (págia 76) 1. Sea los elemetos co úmeros atómicos 11 y 17. Idica razoadamete: a) De qué elemetos se trata y su cofiguració electróica. b) Los ioes más probables que formará cada uo de ellos y si estos tedrá mayor o meor radio atómico que los correspodietes átomos eutros. c) El tipo de elace que tedrá los compuestos formados por cada uo de estos elemetos y el azufre. a) Z 11: Se trata del sodio, Na. Na: [Ne] s 1. Z 17: Se trata del cloro, l. l: [Ne] s p 5. b) El sodio, Na, perderá u electró, alcazado la cofiguració electróica del eó. Dará lugar al catió Na. ay el mismo úmero de protoes e el úcleo para meos electroes. Por eso hay ua mayor atracció del úcleo. Los catioes preseta meor radio que los átomos eutros de los que procede. Por tato, el Na tiee meor radio que el Na. El cloro, l, gaará u electró, alcazado la cofiguració electróica del argó. Dará lugar al aió l. ay el mismo úmero de protoes e el úcleo para más electroes. Por eso hay ua meor atracció del úcleo. Los aioes preseta mayor radio que los átomos eutros de los que procede. Por tato, el l tiee mayor radio que el l. c) Escribe la cofiguració electróica del azufre: S(Z 16): [Ne] s p 4 ( S: [Ne] s p p p ). 1 1 x y z El azufre aceptará o compartirá dos electroes para completar la capa de valecia. El azufre acepta dos electroes, cada uo de u catió sodio, trasformádose e el aió S. Los ioes se atrae mediate fuerzas electrostáticas y se forma u elace ióico co el sodio, su fórmula es Na S. El azufre comparte sus dos electroes desapareados co cada electró desapareado de dos átomos de cloro ( l: [Ne] s p p p ). Los tres átomos comparte dos pares de electroes e sedos elaces y así completa su 1 x y z capa de valecia. Se forma u elace covalete co el cloro, su fórmula es Sl. Elace químico 49

51 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO. Teemos tres elemetos, A, B y, co úmeros atómicos cosecutivos. Sabiedo que el elemeto B es el gas oble argó, respode razoadamete a las cuestioes: a) uál es el estado de oxidació más probable de los elemetos A y? Qué tipo de elace se establecerá cuado reaccioe etre sí estos dos elemetos? b) Qué tipo de elace se establece etre los compuestos que se forma cuado los elemetos A y reaccioa (por separado) co el oxígeo (Z 8)? a) El elemeto B al ser el gas oble argó, Z 18, tedrá completa su capa de valecia co 8 electroes: B(Z 18): 1s s p 6 s p 6 El elemeto A (aterior al B), co úmero atómico Z 1 17, es el cloro. Su cofiguració electróica es: A(Z 17): 1s s p 6 s p 5 Y el elemeto (posterior al B), co úmero atómico Z 1 19, potasio. Su cofiguració electróica es: (Z 19): 1s s p 6 s p 6 4s 1 El elemeto A tiede a aceptar u electró para completar el octeto electróico, siedo su estado de oxidació 1. El elemeto tiede a perder u electró para completar el octeto electróico, siedo su estado de oxidació 1. uado A y reaccioe se establecerá u elace ióico, puesto que A da lugar al aió A y al catió. La fórmula de la sustacia resultate será A. b) Escribe la cofiguració electróica del oxígeo: O(Z 8): [e] s p 4 O: [e] s p p p 1 1 x y z El oxígeo aceptará o compartirá dos electroes para completar la capa de valecia. El oxígeo y el elemeto A, cloro, compartirá electroes dado lugar a u elace covalete. El oxígeo y el elemeto B, potasio, itercambia electroes y se uirá mediate las fuerzas electrostáticas dado lugar a u elace ióico. ATIVIDADES (págia 79). A partir del esquema del ciclo de Bor-aber para el fluoruro de sodio: a) Nombra las eergías implicadas e los pasos umerados. b) Justifica si so positivas o egativas las eergías implicadas e cada paso. c) E fució del tamaño de los ioes, justifica si la eergía reticular del fluoruro de sodio será mayor o meor, e valor absoluto, que la del cloruro de sodio. Na(s) 1 F ( ) g 1 6 NaF(s) Na(g) 4 F(g) 5 Na (g) F (g) a) E el proceso 1 se ecesita eergía para sublimar el sodio desde su estado sólido hasta el estado gaseoso: sub. E el proceso ecesitamos eergía para disociar el flúor, que e estado atural es diatómico: dis. E el proceso, de uevo, ecesitamos más eergía para arracar u electró de la última capa al sodio que ya se ecuetra e estado gaseoso; es la primera eergía de ioizació del elemeto: EI 1. E el proceso 4, el flúor gaa u electró para formar el aió fluoruro, desprediédose eergía; es la primera electroafiidad del flúor: AE 1. Elace químico 50

52 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E el proceso 5 se establece la red ióica a partir de los ioes e estado gaseoso, liberádose la eergía de red: U R. El proceso 6 hace referecia a la eergía que tambié se desprede e la reacció de formació de la red a partir de 0 sus elemetos e estado atural f. b) Siguiedo el criterio de sigos, e el que se cosidera que las eergías egativas cede eergía del sistema y las positivas absorbe eergía del etoro, se puede decir que las eergías implicadas e los procesos 1, y so positivas, ya que el aporte de eergía se hace sobre el sistema. El sistema absorbe eergía para sublimar el sodio y posteriormete arracar u electró de su última capa y para disociar la molécula de flúor gas. Si embargo, las eergías implicadas e los procesos 4, 5 y 6 so egativas, ya que e dichos procesos es el sistema el que libera eergía e forma de calor. El sistema cede eergía al icorporar u electró a la última capa del átomo de flúor y tambié e la formació de la red ióica. c) La eergía reticular es iversamete proporcioal al tamaño de los ioes, ya que cuato mayor sea su radio, mayor será la distacia iterióica y, por tato, meor la fuerza que los matiee uidos. omo el io fluoruro es meor que el io cloruro, al ecotrarse e u periodo meor, la eergía reticular del NaF es mayor que la del Nal. 4. Dibuja el ciclo de Bor-aber para la formació del Lil(s) y calcula la eergía de red ( red) del compuesto, a partir de los siguietes datos: etalpía estádar de formació del Lil(s) f(lil) 408, kj mol 1 ; etalpía de sublimació Li(s) SLi(s) 159, kj mol 1 ; etalpía de disociació l (g) Dl (g) 44 kj mol 1 ; 1. a eergía de ioizació del Li(g) 1ioLi(g) 50, kj mol 1 ; electroafiidad del l(g) afiidadl(g) 49 kj mol 1. El ciclo de Bor-aber para la formació de Lil(s) es: Li(s) 1 l ( ) g Lil(s) Li(g) l(g) Li (g) l (g) Aplicado la ley de ess al cálculo de la eergía de red: 1 0 f S 1io D af red Despeja de la expresió la eergía de red, sustituye y opera: 0 1 red f S 1io D af kj kj kj 1 kj kj kj red 408, 159, 50, mol mol mol mol mol mol Elace químico 51

53 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 5. 0 az u esquema del ciclo de Bor-aber para el al y calcula f por mol del al (s) utilizado los valores de las eergías de los procesos: sublimació del calcio, 178, kj mol 1 ; disociació de la molécula de cloro, 4, kj mol 1 ; 1. a eergía de ioizació del calcio, 590 kj mol 1 ;. a eergía de ioizació del calcio, 1145 kj mol 1 ; afiidad electróica del cloro, 48,0 kj mol 1 ; eergía de red del al, kj mol 1. Dibuja el ciclo de Bor-aber para la formació de u mol de al (s): a(s) l (g) al (s) a(g) a (g) l(g) alcula la eergía de formació del al (s), a (g) l (g) 0 f sub 1io io dis af red 0 f. Aplica la ley de ess, sustituye y opera: 0 kj kj kj kj kj kj kj f 178, , 48,0 76,6 mol mol mol mol mol mol mol ATIVIDADES (págia 81) 6. alcula la eergía reticular para el cristal MgS sabiedo que la distacia iterióica es de,59 Å; la costate de Madelug, 1,7476, y el factor de compresibilidad, 9. Utiliza la ecuació de Bor-Ladé para realizar el cálculo, te e cueta que Z 1 y Z (e valor absoluto). k Z1 Z e NA A 1 UR 1 r No olvides pasar la distacia etre ioes al SI (1 Å m) y teer e cueta que 1 J 1 N 1 m. Sustituye los datos y opera: U R Nm 19 1,610 10,5910 m 6,010 mol 1, kj 8,69 mol 7. Dadas las eergías reticulares de las siguietes sustacias e kj mol 1 : NaF 914; Nal 770; NaBr 78 Razoa cómo varía y ordea las sustacias segú su puto de fusió, dureza y solubilidad e agua. Todas las sustacias so ióicas. Para fudir u compuesto ióico hay que romper los elaces ióicos, y cuato más fuerte sea el elace, mayor será la eergía reticular, e valor absoluto. Por tato, los putos de fusió ordeados de mayor a meor será: NaF Nal NaBr Para rayar ua sustacia ióica es ecesario romper tambié los elaces ióicos. Por tato, el orde de dureza de mayor a meor, será otra vez el aterior: NaF Nal NaBr Elace químico 5

54 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por último, las sustacias ióicas será más solubles cuato meos estables sea, o lo que es lo mismo, para valores iferiores, e valor absoluto, de la eergía reticular. Por tato, el orde de mayor a meor solubilidad será: NaBr Nal NaF 8. Supó que los sólidos cristalios NaF, KF y LiF cristaliza e el mismo tipo de red. a) Escribe el ciclo de Bor-aber para el NaF. b) Razoa cómo varía la eergía reticular de las sales mecioadas. c) Razoa cómo varía las temperaturas de fusió de las citadas sales. a) Dibujamos el ciclo de Bor-aber para el NaF: Na(s) 1 F ( ) g NaF(s) Na(g) F(g) Na (g) F (g) b) La eergía de red es directamete proporcioal al producto de las cargas de los ioes e iversamete proporcioal a la distacia de elace que depede del radio de ambos. omo los tres sólidos cotiee el mismo aió, F, la diferecia estará e el tamaño del catió, ya que los tres tiee la misma carga. omo los tres so del mismo grupo (alcalios), atediedo a las propiedades periódicas: Por tato, la eergía de red variará del siguiete modo: radio (Li ) radio (Na ) radio (K ) U R(LiF) U R(NaF) U R(KF) c) El puto de fusió dismiuye a medida que lo hace la eergía de red, ya que cuesta meos romper la red ióica. Por tato, las temperaturas de fusió variará de la siguiete maera: T fus.(lif) T fus.(naf) T fus.(kf) ATIVIDAD (págia 8) 9. Dados los elemetos del sistema periódico A, B y de úmeros atómicos 8, 16 y 19, respectivamete. a) Escribe la cofiguració electróica de cada uo. b) Idica el elemeto co primer potecial de ioizació mayor. c) Señala el tipo de elace formado por los elemetos A y B. d) Nombra dos propiedades características de los compuestos formados por los elemetos A y B. a) Escribe la cofiguració electróica de cada elemeto: A(Z 8): 1s s p 4 B(Z 16): 1s s p 6 s p 4 (Z 19): 1s s p 6 s p 6 4s 1 b) La primera eergía de ioizació es la eergía míima ecesaria para arracar u mol de electroes a u mol de átomos e estado gaseoso y fudametal para formar ioes moopositivos gaseosos. Es más fácil arracar u electró a u átomo cuado el io formado adquiera la cofiguració electróica de u gas oble. Por tato, el elemeto (Z 19) es el que posee la meor primera eergía de ioizació y meor potecial de ioizació Elace químico 5

55 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) El elemeto A tiede a captar dos electroes para completar el octeto de Lewis, dado lugar al aió A. Por su parte, el elemeto B tambié tiede a captar dos electroes para completar el octeto de Lewis, dado lugar al aió B. Al ecotrarse átomos de A co átomos de B ambos elemetos o itercambia electroes, pues iguo los cede. Ocurre que los comparte mediate u elace covalete, de fórmula BA. d) omo A y B forma ua sustacia covalete, el compuesto resultate tedrá las siguietes características: So sólidos, líquidos o gaseosos e fució de la masa y la polaridad. Sus putos de fusió y ebullició so bajos. E geeral, o coduce la corriete eléctrica. So solubles e agua depediedo de la polaridad de elace y la geometría de la molécula (ver tema 4). ATIVIDADES (págia 86) 10. E qué tipo de material es mayor la eergía iterbadas, etre la bada de valecia y la de coducció: metal, semicoductor o aislate? Razóalo. uato mayor es la eergía iterbadas etre la bada de valecia y la de posible coducció, más difícil es que los electroes alcace la eergía suficiete para llegar desde la bada de valecia a la de coducció y, por tato, meos coductividad presetará el material. Segú este razoamieto, la eergía iterbadas variará de la siguiete maera: aislate semicoductor coductor Los materiales aislates so aquellos e los que los electroes tiee mayor dificultad para pasar a la bada de coducció porque la eergía iterbadas es la mayor. 11. Explica cuál es la diferecia etre ua bada de coducció y ua bada de valecia. La bada de coducció e u metal es aquella que se ecuetra vacía o parcialmete vacía y los electroes tiee gra movilidad, siedo capaces estos de trasportar la corriete eléctrica por el iterior de la bada de coducció. Si embargo, la bada de valecia es la última bada de las badas de eergía dode se ecuetra los electroes de valecia. Puede estar llea o parcialmete llea, y puede coicidir o o co la de coducció. La diferecia es que la de valecia siempre tiee electroes, la de coducció puede estar vacía y solo cuado los electroes llega se produce la coducció por la libertad de movimietos. E ocasioes, la capa de valecia es a la vez capa de coducció pero o siempre es así. ATIVIDAD (págia 87) 1. Razoa si los siguietes euciados so verdaderos o falsos: a) Los metales so bueos coductores de la corriete eléctrica y del calor. b) Los sólidos covaletes moleculares tiee putos de fusió y ebullició elevados. c) Todos los compuestos ióicos disueltos e agua so bueos coductores de la corriete eléctrica. d) Los compuestos covaletes polares so solubles e disolvetes polares. a) Verdadera. E los metales hay coducció eléctrica porque las badas de valecia y coducció se superpoe y los electroes se puede mover co total libertad de uas a otras. b) Verdadera. Tiee putos de fusió y ebullició elevados, puesto que las fuerzas que matiee uidas a los átomos so muy grades al tratarse de elaces covaletes. c) Verdadera. Los ioes se puede desplazar libremete y coducir la electricidad. Elace químico 54

56 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO d) Verdadera. Los compuestos covaletes polares so solubles e disolvetes polares (como el agua), y los apolares e disolvetes apolares (ver tema 4). ATIVIDADES FINALES (págia 90) Tipos de elace y cofiguració Los siguietes datos se muestra desordeados. ay varios átomos y valores de electroegatividad. Átomo S F l P Electroegatividad 4,0,1,5,0 a) Explica la tedecia periódica de esta propiedad y haz correspoder a cada átomo su electroegatividad. b) E relació co la respuesta aterior explica cuál de estos compuestos: K S o Kl, será más ióico. a) La electroegatividad es ua propiedad periódica que icremeta su valor a medida que se avaza e u periodo de izquierda a derecha, y dismiuye su valor cuado se desciede e u grupo. El valor de la electroegatividad para los átomos de la tabla es, segú su ubicació e la tabla periódica: Átomo S F l P Electroegatividad,5 4,0,0,1 b) La electroegatividad es la tedecia de u átomo de atraer hacia sí el par de electroes del elace que lo ue a otro átomo. De la defiició se deduce que por ser el cloro más electroegativo que el azufre, el átomo de cloro atrae co tata itesidad el par de electroes del elace Kl, que los trasforma e sus respectivos ioes K y l. Mediate fuerzas electrostáticas se establece u elace ióico. El átomo de azufre, al atraer hacia sí co meos itesidad al electró del potasio, hace que el compuesto K S sea de meor carácter ióico. El compuesto de mayor carácter ióico es el cloruro de potasio, Kl. osidera las siguietes cofiguracioes electróicas de átomos e estado fudametal: A: 1s s p 7 B: 1s s : 1s s p 5 D: 1s s p 6 s 1 Idica, justificado tu respuesta. a) uáles de las cofiguracioes so posibles y de qué elemetos se trata. b) El estado de oxidació más probable de los elemetos cuya cofiguració electróica sea correcta. c) La fórmula del compuesto que se formará cuado se combie los elemetos del apartado aterior y el carácter ióico o covalete del mismo. a) So posibles las cofiguracioes electróicas y D. La A es imposible, ya que u orbital p puede alojar como máximo seis electroes. La B es imposible porque u orbital s puede alojar como máximo dos electroes. b) El elemeto tiede a aceptar u electró para completar el octeto electróico. Por tato, el estado de oxidació más probable para el elemeto es 1. El elemeto D tiede a ceder u electró para completar el octeto electróico. Por tato, su estado de oxidació más probable para el elemeto D es 1. c) omo dará lugar al aió y D se trasformará e el catió D, etre ambos ioes de distito sigo habrá fuerzas de atracció electrostáticas resultado el compuesto D estableciédose u elace ióico. Elace químico 55

57 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 15. osidera los elemetos co úmero atómico 11, 17, 1 y 10. a) Escribe sus cofiguracioes electróicas e idetifica los cuatro elemetos. b) Qué formulació de los siguietes compuestos es posible: B, A, D, AB, A, AD, B, BD? Nómbralos segú el resultado del apartado aterior. c) Explica el tipo de elace que se da e los compuestos posibles. d) De etre los compuestos imposibles del apartado b) qué hay que modificar para hacerlos posibles? a) A(Z 11): 1s s p 6 s 1. Se trata del sodio, Na. B(Z 17): 1s s p 6 s p 5. Se trata del cloro, l. (Z 1): 1s s p 6 s. Se trata del magesio, Mg. D(Z 10): 1s s p 6. Se trata del eó, Ne. b) B es posible, ya que al teer cada átomo siete electroes de valecia, ambos logra la estructura de gas oble compartiedo u electró. E este caso es el gas cloro, l. A es posible, ya que se trata del metal sodio, Na. D o es posible, puesto que los gases obles, al teer el octeto completo o tiede a uirse co otros átomos. AB es posible, ya que A (Na) cede u electró a B (l) y se forma el cloruro de sodio, Nal. A es posible, puesto que ambos átomos so metálicos daría lugar a ua aleació magesio sodio, NaMg. AD o es posible, ya que el elemeto D (Ne) es u gas oble y o forma elaces co otros átomos. B o es posible, ya que (Mg) cede dos electroes mietras que B (l) recibe solo uo. BD o es posible, ya que el elemeto D (Ne) es u gas oble y o forma elaces co otros átomos. c) E l se da u elace covalete. E Na se da u elace metálico. E Nal se establece u elace ióico. E NaMg se da u elace metálico. d) La combiació B idica la fórmula lmg, que cotiee dos errores. Primero el orde de electroegatividad obliga a escribir la fórmula co los símbolos cambiados de orde, Mgl. Para formarse u elace ióico etre el cloro y el magesio debe uirse dos átomos de cloro co uo de magesio, dado lugar a la fórmula Mgl. El euciado correcto sería B. Es el úico caso que podríamos cambiar. E los que iterviee el eó, al ser u gas oble, o se forma compuestos. 16. Ordea razoadamete de mayor a meor la electroegatividad de los siguietes elemetos: carboo, flúor y magesio. La electroegatividad es ua propiedad periódica que icremeta su valor a medida que se avaza e u periodo de izquierda a derecha, y dismiuye su valor cuado se desciede e u grupo. El carboo y el flúor se ecuetra ambos e el segudo periodo y el carboo (grupo 14) está a la izquierda del flúor (grupo 17). Por tato, el flúor será más electroegativo. El magesio se ecuetra e el periodo y e el grupo más abajo y a la izquierda de los ateriores, etoces será meos electroegativo que los ateriores, quedado el orde de electroegatividades de la siguiete forma: EN(F) EN() EN(Mg) 17. Formula los compuestos biarios que puede formar el flúor co flúor y magesio. Explica el tipo de elace que existirá etre ellos e cada compuesto. El flúor co el flúor formará el F. Se trata de u compuesto covalete que se forma gracias a la compartició de electroes. Elace químico 56

58 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El flúor formará co el magesio MgF. Este compuesto será ióico, ya que se forma etre u metal y u o metal, co ua diferecia de electroegatividad elevada. 18. Ordea de mayor a meor las temperaturas de fusió de los dos compuestos de la actividad 17, justificado tu respuesta. El fluoruro de magesio, MgF, tedrá ua temperatura de fusió superior a la molécula diatómica de flúor, F, puesto que la primera es ua sustacia ióica y la seguda ua sustacia covalete molecular. T fus.(mgf ) T fus.(f ) 19. U átomo, X, tiee 5 electroes, 5 protoes y 45 eutroes; y otro átomo, Y, posee 0 electroes, 0 protoes y 0 eutroes. a) alcula el úmero atómico y másico de cada uo de ellos. b) Justifica cuál de los dos es más electroegativo. c) Razoa las valecias co las que puede actuar ambos elemetos. d) Qué tipo de elace se produce etre X e Y? Fórmula del compuesto resultate. a) El úmero atómico viee dado por el úmero de protoes que al ser u elemeto eutro es igual que al úmero de electroes. Por tato, el úmero atómico de X es Z 5. El úmero másico viee dado por la suma del úmero de protoes y de eutroes, luego para X teemos que el úmero másico es A Procediedo de la misma maera, obteemos para Y, Z 0 y A 40. b) Para determiar cuál de ellos es el más electroegativo escribimos la cofiguració electróica de cada uo: X(Z 5): 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 5 Y(Z 0): 1s s p 6 s p 6 4s El elemeto X tiee siete electroes e la capa más extera (4s 4p 5 ), es decir, le falta u electró para adquirir la cofiguració de gas oble y, por tato, tederá a capturar u electró. Mietras que el elemeto Y tiee dos electroes e la capa más extera (4s ), y tiede a ceder los dos electroes para adquirir la cofiguració de gas oble e la capa aterior. Por tato, el elemeto más electroegativo es X. c) El elemeto X puede capturar u electró para adquirir la cofiguració de gas oble y, por tato, puede teer valecia 1. Si embargo, tambié puede compartir 1 electró y teer valecia covalete 1. Además, si desaparea sus electroes del ivel 4, tambié puede actuar co valecias covaletes, 5 y 7. El elemeto Y tiee dos electroes e la capa extera y tiede a cederlos, actuado co valecia. 0. Los elemetos Na, Mg, S y l perteece al tercer periodo de la tabla periódica y tiee, respectivamete, 1,, 6 y 7 electroes e su capa de valecia. a) Razoa cuáles será los ioes mooatómicos más estables de estos elemetos. b) Ordea los elemetos por eergías de ioizació crecietes y justifica la respuesta. c) Formula el compuesto que previsiblemete formará el Mg co el l e idica el tipo de elace que se establece e este compuesto. d) E determiadas situacioes, el azufre preseta el estado de oxidació +. Razoa el tipo de elace que se formará etre el azufre y el cloro cuado ambos elemetos reaccioe etre sí para formar dicloruro de azufre. a) Los ioes mooatómicos más estables de los elemetos de los grupos represetativos so aquellos que les lleva a completar su capa de valecia para adquirir la cofiguració de gas oble. Por tato, los dos metales tederá a perder sus electroes de valecia, quedado covertidos e los catioes Na y Mg, respectivamete. Los o metales, si embargo, tiede a completar su capa aceptado electroes, quedado covertidos e los aioes S y l. Elace químico 57

59 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) La eergía de ioizació (eergía ecesaria para quitar u electró a u elemeto e estado gaseoso y fudametal) dismiuye a medida que descedemos e u grupo (los electroes está más lejos del úcleo) y aumeta a medida que avazamos e u periodo (al aumetar la carga uclear efectiva). omo todos los elemetos se ecuetra e el mismo periodo, el orde creciete para la eergía de ioizació será: Na Mg S l c) Al ser el magesio (Mg) u metal y el cloro (l) u o metal, se formará u elace ióico por cesió de electroes desde el magesio hacia el cloro co la fórmula Mgl. ocretamete, u átomo de magesio cede dos electroes a dos átomos de cloro, costituyedo ua red ióica uida por fuerzas electrostáticas de carga (elace ióico). d) omo ambos elemetos so o metales, e este caso compartirá electroes para llegar a alcazar la estabilidad, dado lugar a u elace covalete. El azufre compartirá u par de electroes co cada átomo de cloro para dar lugar al compuesto Sl. Elace ióico 1.. Supó que los sólidos cristalios sbr, NaBr y KBr cristaliza co el mismo tipo de red. a) Ordéalos de mayor a meor segú su eergía reticular. Justifica tu respuesta. b) Razoa cuál de ellos será meos soluble. a) Para ordear los sólidos cristalios de mayor a meor eergía reticular recuerda que esta es directamete proporcioal a las cargas de los ioes e iversamete proporcioal a la distacia de elace; es decir, a los radios ióicos. omo los tres sólidos cristalios comparte el aió (Br ), para razoar cuál de ellos tiee más eergía de red os debemos fijar e las diferecias etre los catioes (s, Na y K ). Los tres perteece al grupo 1 de los alcalios, y tiee la misma carga, luego solo queda saber cuál es el orde de sus radios, pues de ese modo la distacia de elace será meor; y la eergía reticular, mayor. Si recuerdas las propiedades periódicas, detro de u grupo el radio aumeta si descedemos e el grupo: Por tato, la eergía reticular será: radio (Na ) radio (K ) radio (s ) U R(NaBr) U R(KBr) U R(sBr) b) uato mayor es la eergía de red de u compuesto ióico, más difícil es que el sólido se disuelva. De los ateriores el meos soluble será el NaBr, que tiee el mayor valor de eergía de red. Para las sales: Rbl, Nal, sl y Kl, explica cuál tedrá mayor eergía de red y cuál tedrá meor puto de fusió. omo todas las sales tiee como aió el l, se diferecia e el catió. Todos tiee la misma carga y perteece al mismo grupo, luego el orde para la eergía de red depederá, como e los ejercicios ateriores, del radio del catió. uato meor sea el radio, mayor será la eergía reticular: Por tato, la eergía de red será: La sal co mayor eergía de red es el Nal. radio (Na ) radio (K ) radio (Rb ) radio (s ) U R(Nal) U R(Kl) U R(Rbl) U R(sBr) uato meor sea la eergía de red, meor puto de fusió tedrá la sal. Atediedo al orde explicado, el meor puto de fusió correspoderá a la red de sl. Elace químico 58

60 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO. Dibuja el ciclo de Bor-aber y calcula la eergía de red ( red) del NaF(s) a partir de los siguietes datos: etalpía estádar de formació NaF(s) f (NaF) 57,6 kj mol 1 ; etalpía de sublimació Na(s) S(Na) 107, kj mol 1 ; etalpía de disociació F (g) DF (g) 159 kj mol 1 ; 1. a eergía de ioizació Na(g) io1na(g) 495,8 kj mol 1 ; afiidad electróica F(g) aff(g) 8 kj mol 1. El ciclo de Bor-aber para la formació de NaF(s) es: Na(s) 1 F ( ) g NaF(s) Na(g) F(g) Na (g) F (g) Aplica la ley de ess al cálculo de la eergía de red: 1 (NaF) (Na) Na( g) F ( g) F( g) f S 1io D af red Despeja la eergía de red, sustituye y opera: 1 red f (NaF) S(Na) 1ioNa( g) DF ( g) aff( g) kj kj kj 1 kj kj kj red 57,6 107, 495, mol mol mol mol mol mol 4. Sabiedo que e los compuestos ióicos la dureza depede de la eergía reticular, por qué la dureza del MgO es superior a la del ao? Se trata de dos compuestos co el mismo aió (O ), co lo que la diferecia estriba e el catió. Ambos so del mismo grupo, el grupo de los alcaliotérreos, y tiee la misma carga ióica (), por lo que solo difiere e el tamaño. omo el a está e el periodo 4 y el Mg e el periodo, el radio de este último será meor. La eergía reticular del MgO es mayor que la del ao y, por tato, su dureza tambié lo será, ya que será más difícil romper la red ióica. ATIVIDADES FINALES (págia 91) 5. Idica cuál o cuáles de las siguietes especies químicas preseta u elace ióico: Ácido clorhídrico (cloruro de hidrógeo). Bromuro de rubidio. Tetracloruro de carboo (cloruro de carboo(iv)). El elace ióico se produce por la existecia de ioes positivos y egativos, que se geera por u iercambio de electroes para adquirir cofiguració electróica estable de gas oble. Depediedo de su estructura electróica extera, cada átomo cede o acepta u determiado úmero de electroes para así adquirir ua cierta carga positiva o egativa, y como cosecuecia de ello, las fuerzas electrostáticas que aparece agrupa los ioes de u sigo alrededor de los de sigo cotrario; es decir, se produce el elace ióico. Lo expuesto se produce e el bromuro de rubidio, RbBr, e el que el átomo de rubidio, Rb, cede al átomo de bromo, Br, u electró adquiriedo el primero carga positiva y el segudo carga egativa, y etre ellos aparece las fuerzas electrostáticas ecesarias para formar el elace ióico. Elace químico 59

61 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6. o el ciclo termoquímico de Bor-aber para la formació de al (s) calcula la afiidad electróica del cloro. Datos: etalpía de formació del al (s) 748 kj mol 1 ; eergía de sublimació del calcio 178, kj mol 1 ; primer potecial de ioizació del calcio 590 kj mol 1 ; segudo potecial de ioizació del calcio 1145 kj mol 1 ; eergía de disociació del elace ll 4 kj mol 1 ; eergía reticular del al (s) 58 kj mol 1. Dibujamos el ciclo de Bor-aber para la formació de al (s): a(s) l (g) Lil(s) a(g) l(g) a (g) a (g) l (g) Aplicado la ley de ess al cálculo de la eergía de red: EI EI AE U 0 f sub 1 dis R Despejado la afiidad electróica y calculado matemáticamete: AE AE 1 1 EI EI U 0 f sub 1 dis R kj kj kj kj kj kj , mol mol mol mol mol mol kj,1 mol 7. alcula la eergía de red, U R, del Kl(s). Datos: etalpía estádar de formació Kl(s) f (Kl) 47 kj mol 1 ; etalpía de sublimació K(s) SK(s) 89,4 kj mol 1 ; etalpía de disociació l (g) Dl (g) 44 kj mol 1 ; 1. a eergía de ioizació K(g) io1k(g) 418,9 kj mol 1 ; afiidad electróica l(g) afl(g) 49 kj mol 1. El ciclo de Bor-aber para la formació de Kl(s) es: K(s) 1 l ( ) g Kl(s) K(g) l(g) K (g) l (g) Aplicado la ley de ess al cálculo de la eergía de red: 1 (Kl) K( s) K( g) l ( g) l( g) U f S 1io D af R Despeja la eergía de red, sustituye y opera: 1 UR f (Kl) SK( s) 1ioK( g) Dl ( g) afl( g) kj kj kj 1 kj kj kj UR 47 89,4 418, mol mol mol mol mol mol Elace químico 60

62 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8. Para calcular la eergía reticular del cloruro de sodio (787 kj mol 1 ) es ecesario coocer los datos termodiámicos que aparece e la siguiete tabla: Magitudes termodiámicas Valor (kj mol 1 ) Etalpía de sublimació del Na(s) 107 Primera eergía de ioizació del Na 496 Etalpía de formació del l(g) 1 Afiidad electróica del l Etalpía de formació del Nal(g) a) Explica la diferecia que hay etre los coceptos de eergía reticular y afiidad electróica de u elemeto. b) Explica, a partir del modelo electrostático del sólido ióico, si la eergía reticular del bromuro de potasio será más grade o más pequeña que la del cloruro de sodio. a) La eergía reticular es la eergía ecesaria para separar u mol de compuesto ióico e sus ioes gaseosos. La afiidad electróica o electroafiidad se defie como la eergía que iterviee cuado u átomo gaseoso eutro, e su estado fudametal, X(g), captura u electró y forma u io mooegativo, X (g). b) El sodio (Na) y el cloro (l) se ecuetra e el mismo periodo, el ; y el bromo y el potasio está tambié e el mismo periodo, el 4. Además, el sodio (Na) y el potasio (K) está e el mismo grupo, el 1; y el cloro (l) y el bromo (Br) se ecuetra ambos e el grupo 17. omo el radio atómico aumeta segú os desplazamos hacia la izquierda e u periodo y hacia abajo e u grupo, será mayor la distacia iterióica e el bromuro de potasio (KBr) que e el cloruro de sodio (Nal). Teiedo e cueta ahora que la eergía reticular es iversamete proporcioal al tamaño de los ioes y, por tato, a la distacia iterióica, el Nal tedrá u valor más elevado, e valor absoluto, de eergía reticular, que el KBr. 9. Explica la diferecia e los valores de la eergía de red del LiF(s) (100 kj mol 1 ) y del KF(s) (808 kj mol 1 ), si ambos preseta el mismo tipo de estructura cristalia. Idica, de forma razoada, el compuesto que presetará u valor mayor del puto de fusió ormal. La eergía de red es la que se desprede e la formació de u mol de cristal ióico sólido a partir de sus elemetos. Segú la ecuació de Bor-Ladé, esta eergía, que tiee sigo egativo porque se desprede del sistema, es directamete proporcioal al valor de las cargas de los ioes e iversamete proporcioal a la suma sus radios. Por tato, al teer los ioes Li y K, la misma carga y ser el radio de K mayor que el de Li, se explica que la eergía de red o reticular del LiF es mayor que la del KF. 0. Ordea de mayor a meor, justificado tu respuesta, la temperatura de fusió de los compuestos que formaría el cloro cuado se combia co: magesio, calcio y bario. Escribe la cofiguració electróica del cloro: l(z 17): 1s s p 6 s p 5. El cloro dará lugar al aió l para completar e su última capa el octeto de Lewis. Escribe las cofiguracioes electróicas del magesio, calcio y bromo: Mg(Z 1): 1s s p 6 s. El magesio dará lugar al catió Mg para mostrar e su última capa el octeto de Lewis. a(z 0): 1s s p 6 s p 6 4s. El calcio dará lugar al catió a para mostrar e su última capa el octeto de Lewis. Ba(Z 56): 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 6 5s 4d 10 5p 6 6s. El bario dará lugar al catió Ba para mostrar e su última capa el octeto de Lewis. Razoa qué compuesto formará cada uo cuado se combia co el aió l : Mg y l formará el dicloruro de magesio, Mgl. a y l formará el dicloruro de calcio, al. Elace químico 61

63 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Ba y l formará el dicloruro de bario, Bal. Los tres compuestos forma redes ióicas, por lo que la temperatura de fusió depederá de la eergía reticular de cada red. Segú la ecuació de Bor-Ladé, esta eergía es directamete proporcioal al valor de las cargas de los ioes e iversamete proporcioal a la suma de sus radios. Así, cuato mayor sea la carga y meor el tamaño de los ioes, mayor será la eergía reticular y, por tato, tedrá altos valores de puto de fusió. Etre los tres compuestos los ioes posee la misma carga, si embargo, el tamaño de los catioes varía segú: radio(mg ) radio(a ) radio(ba ) Por tato, el orde de los compuestos de mayor a meor temperatura de fusió es: Mgl al Bal Elace covalete 1... Para las moléculas Bl, N y Be, idica el úmero de pares de electroes si compartir que queda e la capa de valecia de cada átomo. Bl. El boro (B(Z 5): 1s s p 1 ) tiee electroes e su capa de valecia. Los tres está compartidos formado elaces co átomos de cloro. El boro o tiee pares libres e la capa de valecia. Mietras que cada átomo de cloro (l(z 5): [Ne] s p 5 ) comparte 1 electró e cada elace. De los siete e su capa de valecia le queda tres pares de electroes si compartir. El cloro tiee pares libres e la capa de valecia. N. El itrógeo (N(Z 7): 1s s p ) tiee 5 electroes e su capa de valecia. Tres de ellos está compartidos formado elaces co átomos de hidrógeo. El itrógeo tiee 1 par libre e la capa de valecia. El hidrógeo ((Z 1): 1s 1 ) tiee 1 electró e su capa de valecia. Este electró lo comparte e los elaces co el itrógeo. El hidrógeo o tiee pares libres e la capa de valecia. Be. El berilio (Be(Z 4): 1s s ) tiee electroes e su capa de valecia. Los dos está compartidos formado elaces co átomos de hidrógeo. El berilio o tiee pares libres e la capa de valecia. El hidrógeo ((Z 1): 1s 1 ) tiee 1 electró e su capa de valecia. Este electró lo comparte e los elaces co el berilio. El hidrógeo o tiee pares libres e la capa de valecia. Para la molécula de O, idica razoadamete el carácter ióico o covalete de los elaces que se da etre carboo y oxígeo. La molécula de O tiee dos elaces O cuya diferecia de electroegatividad es muy pequeña (meor de 1,7). Eso quiere decir que los elaces tiee carácter covalete. osidera las moléculas OF, BI, l 4 y. uáles de ellas preseta elaces múltiples? Represeta la estructura de Lewis de cada ua de las moléculas ateriores: OF : BI : l 4: Elace químico 6

64 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO : omo puedes observar, solo preseta elace múltiple la molécula de etio,. omo los dos átomos de carboo comparte tres pares de electroes, se ha formado u elace triple etre ellos. Elace metálico 4. Explica por medio del modelo de badas el tipo de elace que se preseta e u trozo de potasio y sus propiedades más relevates. El sodio es u metal del grupo de los alcalios, que tiee la siguiete cofiguració electróica: 1s s p 6 s 1. Eso quiere decir que tedrá dispoible la mitad de la bada s para que se mueva los electroes co total libertad, por lo que será muy bue coductor de la electricidad. Sodio (1s s p 6 s 1 p 0 ) p p s s Bada de valecia y coducció 5. otesta e tu cuadero: a) Localiza e el sistema periódico los elemetos de úmero atómico 1, 17, 0, 6 y 0. b) Escribe la cofiguració electróica de todos ellos e su estado fudametal. c) Idica el carácter metálico o o metálico de los mismos. d) De etre los elemetos propuestos elige u o metal y formula los compuestos biarios que forma co el resto de elemetos que sí tega carácter metálico. a) osulta la tabla periódica. Localiza e idetifica los elemetos: Z 1:. er periodo, grupo 1, alumiio (Al). Z 17:. er periodo, grupo 17, cloro (l). Z 0: 4.º periodo, grupo, calcio (a). Z 6: 4.º periodo, grupo 8, hierro (Fe). Z 0: 4.º periodo, grupo 1, cic (Z). b) Escribe la cofiguració electróica de cada elemeto: Al (Z 1): 1s s p 6 s p 1 l (Z 17): 1s s p 6 s p 5 a (Z 0): 1s s p 6 s p 6 4s Fe (Z 6): 1s s p 6 s p 6 4s d 6 Z (Z 0): 1s s p 6 s p 6 4s d 10 c) A la vista de las cofiguracioes electróicas ateriores, vemos que Al, a, Fe y Z so elemetos metálicos, ya que todos ellos tiee tedecia a ceder electroes dejado al descubierto el octeto de Lewis y trasformarse e ioes positivos o catioes: Al (Z 1): 1s s p 6 Elace químico 6

65 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a (Z 0): 1s s p 6 s p 6 Fe (Z 6): 1s s p 6 s p 6 d 6 Z (Z 0): 1s s p 6 s p 6 d 10 d) El úico o metal es el l, que formará los siguietes compuestos co el resto de elemetos metálicos: All al Fel Zl 6. A partir del modelo establecido para el elace metálico, justifica: a) Por qué los metales tiee (e geeral) elevados putos de fusió. b) La ductilidad y maleabilidad de los metales. c) La coductividad eléctrica y térmica e estado sólido de los metales. a) Teiedo e cueta el modelo de la ube electróica, los metales forma ua red cristalia e la que los átomos metálicos ha cedido sus electroes de valecia dado lugar a catioes, que se mueve a través de los huecos que hay etre los ioes del cristal. Estos catioes de la red cristalia so los resposables de los elevados putos de fusió de los metales, pues su fuerza de uió y, por tato, la estabilidad de la red va a depeder de la fuerza atractiva de los mismos. E geeral, mietras meor sea el volume del metal mayor es la fuerza atractiva de los catioes y, por ello, mayor su puto de fusió. b) La ductilidad de u metal es su capacidad para ser deformado y trasformado e hilos, mietras que la maleabilidad es la propiedad de los metales a ser lamiados obteiédose lámias delgadas. Ambas propiedades se debe a que los movimietos de los catioes o provoca i ruptura de elaces i mayor aproximació etre ellos. c) El modelo de badas asiga a cada metal badas de valecias lleas o parcialmete lleas que se superpoe a badas vacías, y los electroes, dada la escasa diferecia de eergía que hay etre badas, se mueve hacia las badas vacías al aplicar u campo eléctrico al metal. La coductividad térmica se debe a la movilidad de los electroes. Por otra parte, si el metal se calieta e exceso hasta ua determiada temperatura, alguos electroes adquiere suficiete eergía como para abadoar el metal, produciédose lo que se cooce como efecto termoióico. ATIVIDADES FINALES (págia 9) Propiedades físicas e fució del elace 7. Dos elemetos A y B tiee de úmero atómico 56 y 16, respectivamete. a) Escribe sus cofiguracioes electróicas e su estado fudametal. Idica cuátos electroes desapareados preseta e su última capa. b) Razoa qué tipo de elace formará el compuesto biario etre ambos elemetos. Idica dos propiedades características de este tipo de elace. a) Escribe la cofiguració electróica de cada elemeto e su estado fudametal y determia el úmero de electroes desapareados que tiee cada uo: A(Z 56): 1s s p 6 s p 6 4s d 10 4p 6 5s 4d 10 5p 6 6s. E la capa de valecia (6s ) el orbital está completo, o hay electroes desapareados. B(Z 16): desapareados s s p s px py pz. E la capa de valecia hay dos orbitales icompletos, hay electroes b) El elemeto A tiee tedecia a perder los dos electroes del orbital 6s y dar lugar al catió A. Por su parte, el elemeto B tiee tedecia a aceptar dos electroes y formar el aió B. Por tato, etre ambos se establecerá u elace ióico de fórmula AB. El elace ióico se caracteriza por las siguietes propiedades: Elace químico 64

66 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO A temperatura ambiete so sustacias sólidas que forma redes cristalias. Los putos de fusió y ebullició so muy elevados. So duros y frágiles. So solubles e disolvetes polares como el agua. No coduce la electricidad e estado atural. Solo coduce la corriete fudidos o e disolució La letra A es el símbolo para el elemeto co úmero atómico 11. La letra B es el símbolo para el elemeto de úmero atómico 16. Qué afirmació sobre el compuesto que se forma es correcta? Justifica tu respuesta: a) Es covalete co fórmula AB. b) Es ióico co fórmula AB. c) Es covalete co fórmula AB. d) Es ióico co fórmula A B. Razoa si el compuesto aterior se espera que sea sólido, líquido o gas a temperatura ambiete. Escribe la cofiguració electróica de cada elemeto: A(Z 11): 1s s p 6 s 1. B(Z 16): 1s s p 6 s p 4. El elemeto A tiee tedecia a perder el electró del orbital s y formar el catió A. El elemeto B tiee tedecia a aceptar dos electroes para completar el octeto electróico, formado el aió B. Se establecerá etre ambos u elace ióico de fórmula A B. Por tato, la afirmació correcta es la d). A temperatura ambiete, la sustacia resultate será sólida, formado ua red cristalia. Idica, de forma razoada, el tipo de elace que forma cada ua de las sustacias siguietes: a) Limaduras de magesio. b) loruro de sodio. a) Elace metálico, ya que solo hay magesio y es u metal. b) Elace ióico, puesto que el sodio es u metal y el cloro u o metal. Existe gra diferecia de electroegatividad etre ambos. otesta, de forma razoada, las siguietes cuestioes: a) uál de los siguietes compuestos: óxido de calcio y cloruro de cesio, será más soluble e agua? b) Qué metal tiee mayor puto de fusió, el potasio o el cobre? c) Quié coduce mejor la corriete eléctrica, u cristal de itrato de cic o ua disolució de esta sustacia? a) La solubilidad e agua depede iversamete de la eergía de red, y segú la ecuació de Bor-Ladé: U R De la expresió aterior deducimos que la ifluecia del térmio de la carga (Z, Z ) es muy importate, tato, que el óxido de calcio (a², O² ) tedrá ua eergía reticular del orde de cuatro veces mayor que el cloruro de cesio (s, l ). Esto hace que sea mucho más difícil disolver el óxido de calcio que el cloruro de cesio. Dicho de otra maera es más soluble e agua el cloruro de cesio. b) El puto de fusió aumeta a medida que lo hace la eergía de red, ya que cuesta meos romper la red ióica. El catió potasio (K ) tiee la misma carga que el cobre (u ), por tato, la eergía de red depederá exclusivamete del tamaño de los ioes. Z Z 1 r Elace químico 65

67 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO omo ambos elemetos está situados e el mismo periodo de la tabla periódica, el 4, y el radio atómico aumeta segú os desplazamos hacia la izquierda e u periodo, el potasio tedrá mayor radio que el cobre, y por tato, su eergía de red será meor. Por tato, el elemeto co mayor puto de fusió es el cobre. c) El itrato de cic es ua sustacia ióica. omo tal, coduce la electricidad solo e disolució o e estado fudido, ya que e ambos estados, sus ioes tiee libertad para desplazarse. Para saber si es más coductor e disolució que e estado fudido, ecesitaríamos saber cuál es el disolvete de la disolució Explica los siguietes hechos: a) La sal comú, Nal, fude a 801 ; si embargo, el cloro es u gas a 5. b) El diamate o coduce la electricidad, y el íquel sí. c) La molécula de itrógeo es covalete, mietras que el s N es ióico. a) La sal comú (Nal) es ua red ióica co elaces formados por iteracció electrostática etre ioes e las tres direccioes del espacio. E ella, los ioes Na y l está uidos fuertemete por fuerzas electrostáticas, lo que hace que el compuesto sea muy estable y co alto puto de fusió. La molécula de cloro gas (l ), formada por dos átomos uidos por elace covalete. omo su masa molecular es pequeña, es ua sustacia gaseosa. b) El diamate es u sólido covalete atómico formado por átomos de carboo uidos mediate elaces covaletes co geometría tetraédrica e las tres direccioes del espacio. Los electroes se ecuetra atrapados e el elace, por eso o hay movilidad y o coduce la electricidad. El íquel es u metal y está formado por ua red catióica co electroes que se mueve alrededor co total libertad, lo que permite coducir la corriete eléctrica. c) La molécula de itrógeo está formada por dos átomos de itrógeo (o metálicos) que comparte tres pares de electroes. Por tato, está uidos mediate elace covalete formado el N. Si embargo, el itruro de tricesio está formado por el cesio, u elemeto metálico, y el itrógeo, elemeto o metálico. Ambos se ue mediate fuerzas electrostáticas e u elace ióico. otesta e tu cuadero razoado las respuestas: a) Qué elace se formará cuado el oxígeo se combie co magesio? b) Qué elace se formará cuado el oxígeo se combie co azufre? c) uál de los dos compuestos formados tedrá mayor puto de fusió? a) omo el magesio es u metal y el oxígeo u o metal, etre ambos se establecerá u elace ióico. b) omo los dos elemetos so o metálicos, compartirá electroes formado u elace covalete. c) Por teer u elace ióico, el compuesto formado por oxígeo y magesio tedrá mayor puto de fusió. otesta e tu cuadero razoado las respuestas: a) Qué tipo de elace se da e cada uo de los compuestos NaBr y BrF? b) Ordea los compuestos NaBr, BrF y NBr de meor a mayor puto de fusió. a) El NaBr es u compuesto que preseta ua iteracció etre u metal (Na) y u o metal (Br). Para que ambos alcace la estabilidad, el sodio cede u electró de su capa de valecia al bromo, y ambos queda co ua cofiguració de gas oble. El elace que los ue es, por tato, ióico. Si embargo, el bromo (Br) y el flúor (F) o puede iteraccioar de la misma maera, ya que ambos tiee muchos electroes e la capa de valecia y cosigue la estabilidad al compartir e este caso u par de electroes, quedado uidos mediate elace covalete. b) omo el NaBr es u sólido ióico, será el que mayor puto de fusió tega de los tres. Para discerir etre el BrF y el NBr, debemos teer e cueta las fuerzas itermoleculares que los ue. La molécula de BrF es polar debido a la diferecia de electroegatividad etre el Br y el F. Elace químico 66

68 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La molécula de NBr tiee geometría piramidal (geometría de elace tetraédrica co u par libre), y como el elace N-Br es polar y co dicha geometría o se aula espacialmete, el mometo dipolar total es distito de 0 y la molécula es polar. De maera que ambas moléculas co elace covalete polar tedrá iteraccioes itermoleculares tipo Va der Waals, que so mayores a medida que aumeta la polaridad de la molécula. El mometo dipolar total e la molécula de bromuro de itrógeo y su masa molecular so mayores que e la de moofluoruro de bromo y, por tato, su puto de fusió será mayor. El orde de putos de fusió de meor a mayor es: T fus.(brf) T fus.(nbr ) T fus.(nabr) QUÍMIA EN TU VIDA (págia 94) alcula cuáta bauxita será ecesaria para obteer 10 t de papel de alumiio. La ecuació química que represeta la obteció de alumiio mediate electrolisis de la alúmia es la siguiete: Te e cueta la estequiometría de la reacció: 10 t Al 6 10 g Al 1 t Al Al O ( l) 4 Al( l) O ( g) M[Al] 6,98 g/mol M[Al O ] 6,98 16,00 101,96 g/mol 1 mol Al mol AlO 6,98 g Al 4 mol Al 101,96 g deal O 1 mol Al O 7 1,910 g dealo 19t de AlO Teiedo e cueta la desidad del alumiio metálico y el grosor de las lámias de papel de alumiio, calcula la logitud de u rollo de papel de alumiio de 0 cm de acho obteido a partir de 1 kg de alumiio. Dispoemos de los siguietes datos: d(al),7 g/cm ; espesor 0,015 mm; m(al) 1 kg 1000 g; acho 0 cm. alcula el volume de alumiio a partir de la desidad y de la masa: m m 1000 g d V V d g,7 cm Despeja la logitud del rollo de alumiio de la expresió del volume: V V Acho Espesor Logitud Logitud Acho Espesor 70,4 cm 70,4cm 0 cm 1,510 cm 81 cm 8,1 m Por qué se sitúa los cetros productores de alúmia cerca de las mias de dode se extrae la bauxita? Los cetros productores de alúmia se suele situar cerca de las mias de dode se extrae la bauxita para miimizar los costes de trasporte de las materias primas hasta la fábrica. Explica la siguiete frase. «La materia prima para la producció de alumiio es la eergía». Auque la materia prima para la obteció del alumiio es la bauxita, si eergía es imposible fabricar alumiio. Los procesos reflejados e la figura (trituració, filtració, refrigeració, etc.) ecesita mucha eergía para fucioar. Por tato, podemos afirmar que la eergía tambié es ua materia prima e la fabricació del alumiio. Elace químico 67

69 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Elace químico 68

70 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 4 Elace covalete 4 Elace covalete 69

71 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 4 Elace covalete 70

72 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Elace covalete 4 PARA OMENZAR (págia 95) Ivestiga qué aplicacioes prácticas tiee la molécula del fullereo. El fullereo es la tercera forma molecular más estable del carboo (después del diamate y el grafito) y puede presetarse e forma esférica o cilídrica. La forma característica de la molécula del fullereo tiee aplicacioes e el mudo artístico y e arquitectura. uado se preseta e forma cilídrica la estructura particular que se obtiee se llama aotubo. Los aotubos de carboo tiee aplicacioes e física de materiales gracias a sus iteresates propiedades mecáicas, que los hace muy duros, ligeros y resistetes. Tambié e electróica podemos ecotrar poteciales futuras aplicacioes, ya que estos materiales tiee meor resistividad que el cobre, auque co mucha más capacidad para coducir corriete. Ivestiga. Qué relació hay etre el fullereo y el grafeo? Ambos so formas estructurales del carboo. E el grafeo, los átomos de carboo uidos mediate elaces covaletes, se preseta e forma de ua lámia extremadamete fia. E el fullereo los elaces de carboo uidos etre sí da lugar a estructuras co formas casi esféricas o cilídricas. ooces algua otra aplicació de las formas geodésicas de R. Fuller? R. Fuller desarrolló la malla de petágoos y hexágoos co fies costructivos e la década de La primera aplicació fue para la arquitectura de cúpulas ligeras desmotables que sigue usádose hoy e día e el diseño de cúpulas, tambié para iveraderos o aves idustriales. Se usó por primera vez esta estructura para compoer las piezas de u baló de fútbol oficial e la celebració de la IX opa Mudial de Fútbol e México Desde etoces los baloes para este deporte, y otros, se estructura co esta geometría o variates de la misma. El compuesto químico co 60 átomos el carboo y forma casi esférica fue sitetizado e 1988 por arold Walter Kroto. La idetificació de la estructura fue posterior y al recoocer la forma diseñada por R. Fuller. PRATIA (págia 96) 1. Escribe las represetacioes de Lewis para los siguietes elemetos: l, O, N, F. Las represetacioes de Lewis so las siguietes, dode los putos represeta los electroes de valecia: l O N F. Estudia cómo será la fórmula de los compuestos covaletes que se forma cuado se combia los siguietes elemetos: l y O, y S, N y I. loro y oxígeo: para formar estructura de gas oble, el cloro ecesita compartir u electró y el oxígeo dos. El compuesto resultate será el l O. l O l l O l idrógeo y azufre: para formar estructura de gas oble, el hidrógeo debe compartir u electró y el azufre dos, por lo que el compuesto resultate será el S. S S Nitrógeo y yodo: para coseguir la estructura de gas oble, el itrógeo ecesita compartir tres electroes y el yodo uo. El compuesto resultate será el NI. I N I I N I I I 4 Elace covalete 71

73 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 97). Dadas las moléculas BeF y l, represeta sus estructuras de Lewis. E el primer caso, para represetar la estructura de Lewis del BeF calcula los electroes de valecia de cada elemeto, teiedo e cueta los átomos que hay de cada elemeto: Be: 1s s e F: 1s s p 5 7 e 14 e Resulta: e 14 e 16 electroes de valecia. El átomo de berilio es ua excepció ya que completa su capa de valecia co 4 e, por lo que ecesita e para teer ua cofiguració estable. ada átomo de flúor ecesita 1 e para alcazar el octeto. De esta maera, el úmero de electroes ecesarios es: Be (4 e ) F (8 e ) 0 e La diferecia etre los electroes ecesarios para completar el octeto y el úmero de electroes de valecia so los electroes que formará los elaces y e este caso so: 0 e 16 e 4 e Para saber el úmero de elaces que se formará divide este úmero de electroes etre (cada elace está formado por electroes). E este caso se forma elaces, por lo que su estructura de Lewis será la siguiete: F Be F F Be F Para coocer la estructura de Lewis del l calcula los electroes de valecia a partir de cada cofiguració electróica: : 1s s p 4 e : 1s 1 1 e e l: [Ne]s p 5 7 e Resulta: 4 e e 7 e 14 electroes de valecia. Para alcazar el octeto, el carboo ecesita compartir 4 e, el cloro ecesita 1 e y el hidrógeo, al ser ua excepció, solo ecesita 1 e. Por lo tato, el úmero de electroes ecesarios será: (8 e ) ( e ) l (8 e ) e La diferecia etre ambas catidades es e 14 e 8 e. El úmero de elaces es la mitad, es decir, 4 elaces. La estructura de Lewis es la siguiete: l l ATIVIDAD (págia 98) 4. Dadas las siguietes moléculas: F ; S ; 4; ; N ; N. ostruye sus estructuras de Lewis E qué moléculas todos los elaces so simples? E qué moléculas existe algú elace doble? Y algú elace triple? ostruye las estructuras de Lewis de cada ua de las moléculas teiedo e cueta sus cofiguracioes electróicas, así como los electroes ecesarios para completar el octeto. De esta maera se cooce el úmero de elaces. Para la molécula F, F: 1s s p 5 ; el flúor ecesita compartir e e u elace. F F F F Para la molécula S, : 1s s p y S: [Ne] s p 4 ; ecesita compartir 8 e e 4 elaces. S S S S Para la molécula 4, : 1s s p y : 1s 1 ; ecesita compartir 1 e e 6 elaces. 4 Elace covalete 7

74 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Para la molécula, : 1s s p y : 1s 1 ; ecesita compartir 10 e e 5 elaces. Para la molécula N, N: 1s s p ; ecesita compartir pares de e. N N N N Para la molécula de N, N: 1s s p y : 1s 1 ; ecesita compartir 6 e e elaces. N N Las moléculas que tiee todos sus elaces simples so: F y N. Existe u elace doble e las moléculas de: S y 4. Las moléculas co algú elace triple so: y N. ATIVIDADES (págia 100) 5. Escribe las estructuras de Lewis para las moléculas de N, l y l O. Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de N: : 1s 1 : 1s s p N: 1s s p Para completar su estructura del octeto de Lewis hay 8 electroes e 4 elaces. Debe formar u elace triple etre el carboo y el itrógeo, de la siguiete maera y uo simple del carboo co el hidrógeo: N N Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de l : : 1s 1 : 1s s p l: [Ne] s p 5 Para completar su estructura del octeto de Lewis hay 8 electroes e 4 elaces. El carboo debe formar todos sus elaces simples: l l l l l l Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de l O: l: [Ne] s p 5 O: 1s s p 4 Para completar su estructura del octeto de Lewis hay 4 electroes e elaces. El oxígeo debe formar dos elaces simples: l O l l O l Sabiedo que el úmero atómico del cloro es 17, por qué dos átomos de cloro tiede a jutarse para formar ua molécula? Si obervas co ateció e la cofiguració electróica del átomo de cloro: [Ne] s p 5, puedes ver que la capa de valecia tiee 7 electroes. Es decir, ecesita compartir 1 electró para alcazar la estructura de octeto. La maera más estable de coseguirlo es uiédose co otro átomo de cloro para compartir u par de electroes y de esta maera formar ua molécula. Describe dos ejemplos de moléculas que o cumple la regla del octeto. U ejemplo de molécula co octeto icompleto es la molécula de Bl, dode el átomo de boro tiee solo electroes e la última capa. Las cofiguracioes de los átomos que iterviee so: B: 1s s p 1 l: [Ne] s p 5 4 Elace covalete 7

75 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E el boro uo de los electroes e s promocioa a u orbital p vacío. La estructura de Lewis es la siguiete: l l l B l l B l Otro ejemplo que o cumple la regla sería la molécula de PBr 5, dode el átomo de fósforo preseta 5 e su última capa. E este caso se trata de u octeto ampliado. Las cofiguracioes de sus átomos so: La estructura de Lewis sería la siguiete: Br Br P: [Ne] s p Br: [Ar] 4s d 10 4p 5 Br Br Br P Br P Br Br Br Br ATIVIDAD (págia 10) 8. Represeta la estructura de Lewis, mostrado todos los pares de electroes de valecia (elazates y oelazates), de las moléculas idicadas e idica los tipos de elace covalete que se preseta. a) Ácido ítrico. e) Tricloruro de itrógeo. b) Io carboato. f) Dióxido de carboo. c) Disulfuro de carboo. g) Dióxido de azufre. d) Tetracloruro de silicio. a) Ácido ítrico, NO. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que compoe el ácido so: : 1s 1 N: 1s s p O: 1s s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 1 e N: 5 e O: 6 e 1 par de e libre pares de e libres 1 e desapareado e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: 1 e 5 e (6 e ) 4 e Para que cada átomo complete su octeto (recuerda que el gas oble más próximo al es el e: 1s ): : e N: 8 e O: 8 e 4 e. So u total de 4 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 10 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 5 elaces. So, por tato, 5 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 7 pares de electroes o elazates. U elace covalete secillo etre hidrógeo y oxígeo. Otro elace covalete secillo etre oxígeo y itrógeo. Se forma u elace covalete doble etre uo de los átomos exteriores de O y el N. U elace secillo etre el itrógeo (átomo cetral) y uo de los oxígeos exteriores es u elace simple covalete dativo, los electroes del elace so ambos del itrógeo. Esta falta de simetría etre los dos oxígeos exteriores se resuelve co ua estructura resoate. La estructura de Lewis del ácido ítrico es: O N+ O O N O O- N O O- O- O 4 Elace covalete 74

76 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Io carboato, O. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que compoe el io so: : 1s s p O: 1s s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 4 e O: 6 e pares de e libres 4 e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto y dos más por la carga del aió: Para que cada átomo complete su octeto: : 8 e O: 8 e 4 e 4 e (6 e ) e 4 e So u total de electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 8 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 4 elaces. So, por tato, 4 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos juto co los dos por la carga del aió queda 8 pares de electroes o elazates. Se forma u elace covalete doble etre uo de los átomos exteriores de O y el. Dos elaces secillos etre el carboo (átomo cetral) y dos de los oxígeos exteriores. La estructura de la molécula del io carboato es resoate, puesto que se puede represetar de tres maeras diferetes. La estructura de Lewis del aió carboato es: O - O O - O- O O- O- O O- O- O- O c) Disulfuro de carboo, S. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que lo compoe so: : 1s s p S: [Ne] s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 4 e S: 6 e pares de e libres 4 e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: : 8 e S: 8 e 16 e 4 e (6 e ) 16 e So u total de 4 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 8 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 4 elaces. So, por tato, 4 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 4 pares de electroes o elazates. La molécula preseta dos elaces dobles co el átomo de carboo como átomo cetral. La estructura de Lewis del disulfuro de carboo es: S S S S d) Tetracloruro de silicio, Sil 4. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que lo compoe so: Si: [Ne] s p l: [Ne] s p 5 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: Si: 4 e l: 7 e pares de e libres 4 e desapareados 1 e desapareado 4 Elace covalete 75

77 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: Si: 8 e 4 e (7 e ) 4 e l: 8 e 4 e So u total de 40 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 8 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 4 elaces. So, por tato, 4 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 1 pares de electroes o elazates. Se forma 4 elaces covaletes simples co el silicio como átomo cetral. La estructura de Lewis del tetracloruro de silicio es: l l Si l l Si l l e) Tricloruro de itrógeo, Nl. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que lo compoe so: N: 1s s p l: [Ne] s p 5 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: N: 5 e l: 7 e 1 par de e libre pares de e libres e desapareados 1 e desapareado Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: N: 8 e l: 8 e 4 e l l 5 e (7 e ) 6 e So u total de electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 6 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber elaces. So, por tato, pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 10 pares de electroes o elazates. Se forma elaces covaletes simples co el itrógeo como átomo cetral. La estructura de Lewis del tetracloruro de silicio es: l N l l N l l f) Dióxido de carboo, O. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que lo compoe so: : 1s s p O: 1s s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 4 e O: 6 e pares de e libres 4 e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: : 8 e O: 8 e 16 e l 4 e (6 e ) 16 e So u total de 4 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 8 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 4 elaces. So, por tato, 4 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 4 pares de electroes o elazates. 4 Elace covalete 76

78 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Se forma 4 elaces covaletes dobles co el carboo como átomo cetral. La estructura de Lewis del dióxido de carboo es: O O O O g) Dióxido de azufre, SO. Las cofiguracioes electróicas de los átomos que lo compoe so: S: [Ne] s p 4 O: 1s s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: S: 6 e O: 6 e pares de e libres pares de e libres e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: S: 8 e O: 8 e 16 e 6 e (6 e ) 18 e So u total de 4 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 6 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber elaces. So, por tato, pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 6 pares de electroes o elazates. A la vista de este resultado sería lógico pesar que e la molécula se forme u elace doble y uo simple, pero realmete esta es ua excepció al octeto, dode el átomo de azufre cierra capa co 10 electroes y la estructura quedaría de la siguiete maera: O S O O S O La molécula preseta dos elaces dobles. abría 4 pares elazates y 5 pares o elazates. ATIVIDADES (págia 111) 9. Explica la geometría de la molécula de fluoruro de hidrógeo segú la teoría del elace de valecia y describe los elaces presetes e ella, tipo o. Dadas las cofiguracioes electróicas de los elemetos que iterviee e la molécula de fluoruro de hidrógeo, F: : 1s 1 F: 1s s p 5 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 1 e F: 7 e pares de e libres 1 e desapareado 1 e desapareado Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: : e F: 8 e 1 e 7 e 8 e E esta molécula teemos u total de 8 electroes de valecia, se ecesita 10 electroes para que ambos átomos por separado complete su capa de valecia. Para coseguirlo ha de compartir electroes, por lo que se formará u elace secillo etre hidrógeo y flúor. Al ser ua molécula diatómica, la úica geometría posible es lieal. Segú la teoría del elace de valecia (TEV), este elace formado se explica por el solapamieto frotal etre el orbital 1s del hidrógeo y u orbital p del flúor, dado lugar a u úico elace tipo. 10. Idica el tipo de hibridació del átomo cetral de las moléculas de trihidruro de fósforo y dicloruro de oxígeo. E el caso del trihidruro de fósforo o fosfia, P. Los elemetos que iterviee so: 4 Elace covalete 77

79 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Fósforo, P: [Ne] s p. Tiee u par libre y tres electroes desapareados. El fósforo, que es el átomo cetral, ecesita formar elaces covaletes co los electroes desapareados para completar el octeto. Al elazarse se hibrida de la siguiete maera. s p sp idrógeo, : 1s. Tiee u electró desapareado. ada átomo de hidrógeo ecesita formar 1 elace covalete co su electró desapareado para coseguir la cofiguració electróica del helio (gas oble más cercao). Al elazarse fósforo co hidrógeo, se produce la hibridació sp del átomo de fósforo. Para el dicloruro de oxígeo, Ol. Los elemetos que iterviee so: loro, l: [Ne] s p 5. Tiee tres pares libres y u electró desapareado. El cloro ecesita formar 1 elace covalete co su electró desapareado para completar el octeto. No es el átomo cetral. Los dos átomos de cloro rodea al átomo cetral. Oxígeo, O: 1s s p 4. Tiee dos pares libres y dos electroes desapareados. El átomo de oxígeo, que es el átomo cetral, ecesita formar elaces covaletes co su electró desapareado para completar el octeto. Al elazarse se hibrida de la siguiete maera. s p sp Al elazarse oxígeo co cloro se produce la hibridació sp del átomo de oxígeo. 11. Para la molécula de dióxido de carboo. a) Dibuja la estructura de Lewis. b) Deduce y dibuja su forma geométrica idicado los águlos de elace aproximados de la molécula, teiedo e cueta la hibridació del átomo cetral. a) Para la molécula de O las cofiguracioes electróicas de los elemetos que iterviee e el compuesto so: : 1s s p O: 1s s p 4 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: : 4 e O: 6 e pares de e libres 4 e desapareados e desapareados Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: Para que cada átomo complete su octeto: : 8 e O: 8 e 16 e 4 e (6 e ) 16 e So u total de 4 electroes. La diferecia so los electroes a compartir, 8 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber 4 elaces. So, por tato, 4 pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos queda 4 pares de electroes o elazates. Se forma 4 elaces covaletes dobles co el carboo como átomo cetral. La estructura de Lewis del dióxido de carboo es: O O O O b) Para poder formar algú elace doble debe formarse u orbital de elace por solapamieto frotal, tipo, juto co otro orbital de elace por solapamieto lateral, tipo. Vemos que el carboo, como átomo cetral, ecesita formar elaces dobles, pero solamete tiee dispoibles electroes e el subivel p. Para poder formar los elaces el carboo ha de promocioar u electró del ivel s al p y de esta maera teer los 4 electroes dispoibles para elazar. Esta promoció se expresa e la tabla que sigue. 4 Elace covalete 78

80 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO s p s p Por eso e el átomo cetral habrá orbitales híbridos sp (egro e el dibujo) co 1 electró e cada uo y dos orbitales p co 1 electró e cada uo, de la siguiete maera: s p sp p y p z Por la hibridació e el átomo cetral la geometría de la molécula es lieal co u águlo de 180º. Tambié hay que teer e cueta cómo el elace doble hibrida los orbitales del átomo del oxígeo. ada átomo de oxígeo formará u orbital de elace tipo por solapamieto frotal usado uo de sus orbitales híbridos, y otro orbital de elace tipo por solapamieto lateral usado u orbital p si hibridar. Solo ecesita u orbital tipo p si hibridar, por lo que co el resto del oxígeo que formará orbitales híbridos sp (rojo e el dibujo). E cada átomo de oxígeo hay dos orbitales híbridos sp co u par de electroes libres cada uo, u orbital híbrido sp y u orbital p (estos últimos co u electró desapareado), de la siguiete maera: s p sp p z E cada molécula de O se producirá, como muestra el dibujo, dos elaces co solapamieto frotal y dos elaces co solapamieto lateral (azul), dado lugar a dos elaces dobles. ATIVIDAD (págia 11) 1. Describe, justificado co la teoría de las hibridacioes, la estructura tridimesioal de la molécula de etio y sus águlos de elace. El etio o acetileo es u alquio cuya estructura de Lewis es la siguiete: Para que cada átomo de carboo pueda formar u elace triple y otro secillo ha de promocioar uo de sus electroes del orbital s al p, de esta maera tiee 4 electroes dispoibles para elazar. Para que dichos elaces pueda realizarse ha de formarse dos orbitales híbridos sp y dos orbitales p co 1 electró e cada uo, como muestra la siguiete tabla: s p sp p y p z E cada molécula de etio se producirá, como muestra el dibujo, u orbital de elace etre carboos co solapamieto frotal y dos orbitales de elace etre carboos co solapamieto lateral, dado lugar así a u elace triple. Y u par de orbitales de elace etre carboo e hidrógeo co solapamieto frotal que da lugar a u elace simple. La geometría de la molécula es lieal co u águlo etre elaces de 180º. Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p z de los átomos de carboo. Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p y de los átomos de carboo. Orbitales de elace por solapamieto frotal del orbital 1s del y el orbital híbrido sp del. Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales híbridos sp de los átomos de carboo. 4 Elace covalete 79

81 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 114) uatro elemetos (co su electroegatividad) se desiga arbitrariamete como A (,0), B (,8), (,5) y D (,1). Si se forma las moléculas AB, A, AD y BD. a) lasifícalas e orde creciete por su carácter covalete. Justifica la respuesta. b) uál será la molécula más polar? Justifica la respuesta. a) El carácter covalete de ua molécula se determia e fució de la diferecia de electroegatividad de sus átomos. Así pues, cuato meor sea esta diferecia mayor será el carácter covalete del elace. Estas diferecias so: AB: EN,0,8 0, A: EN,0,5 0,5 AD: EN,0,1 0,9 BD: EN,8,1 0,7 Las moléculas idicadas ordeadas por carácter covalete creciete: AD BD A AB b) La polaridad de ua molécula está tambié relacioada co la diferecia de electroegatividad, de maera que cuato mayor es esa diferecia, mayor polaridad tedrá la molécula. Por eso, la molécula más polar es AD. Idica razoadamete si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) El calcio y el oxígeo forma u elace covalete polar. b) El cloruro de rubidio preseta u mayor carácter ióico que el óxido de magesio. c) El cloro y el hidrógeo forma u elace covalete apolar. d) El potasio y el flúor forma u elace ióico. a) Etre el calcio y el oxígeo, el calcio cede ítegramete sus dos electroes al oxígeo. Dicho elace es ióico. La afirmació es falsa. b) Para coocer el carácter ióico de u elace se calcula la diferecia de electroegatividad etre sus átomos. ompara la posició e el sistema periódico de los elemetos. El oxígeo y el cloro está próximos y preseta electroegatividades parecidas (altas). Pero el magesio preseta ua electroegatividad más alta que el rubidio (auque ambas bajas). Por tato, el elace que preseta mayor diferecia de electroegatividad (mayor carácter ióico) es el cloruro de rubidio. La afirmació es verdadera. c) A pesar de que el elace etre el cloro y el hidrógeo es covalete, dicho elace o es apolar, puesto que hay ua diferecia de electroegatividades apreciable. El par de electroes que comparte se ecuetra desplazado hacia el más electroegativo (cloro) haciedo que el mometo dipolar sea distito de cero. La afirmació es falsa. d) El potasio cede al flúor u electró para quedar ambos co estructura de gas oble. La afirmació es verdadera. ATIVIDADES (págia 115) 15. El tricloruro de fósforo es ua molécula polar, mietras que el tricloruro de boro tiee u mometo dipolar ulo. Qué relació tiee la polaridad de la molécula co la hibridació del átomo cetral? Para coocer la polaridad de ua molécula es imprescidible coocer su geometría molecular, y esta a su vez depede de la orietació de los elaces. uado existe hibridació del átomo cetral, e ocasioes queda pares libres e orbitales híbridos, y, cuado esto sucede la molécula es polar, puesto que se rompe la simetría e la geometría molecular. E el caso del Bl, el átomo cetral posee hibridació sp formado tres orbitales híbridos co u electró e cada uo de ellos. No hay par de electroes libres. Esto da lugar a ua geometría triagular plaa. Los tres orbitales está e el mismo plao separados u águlo de 10º. Se solapa co el mismo elemeto, el cloro, por eso e cada elace la diferecia de electroegatividad es la misma, así que el módulo de estos tres vectores es el mismo. Al sumar los tres dipolos se aula etre sí, y el mometo dipolar total es ulo, T 1 0. Pero e el caso del Pl el átomo cetral posee hibridació sp, es decir, forma cuatro orbitales híbridos, tres de ellos co u electró cada uo, y u cuarto orbital híbrido co u par de electroes libres. Este par de electroes hace que, a pesar de que la geometría de hibridació de la molécula sea tetraédrica existe ua asimetría. Los tres orbitales de 4 Elace covalete 80

82 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO elace se orieta segú ua geometría piramidal trigoal. A pesar de que los tres elaces so co el mismo elemeto y la itesidad del dipolo es la misma, la orietació o es simétrica y o se aula etre sí. Su mometo dipolar, por tato, es distito de cero, T Si la molécula de agua es polar, podría teer ua estructura lieal e vez de agular como la tiee realmete? Por qué? Para que ua molécula sea polar su mometo dipolar total ha de ser distito de cero, 0. La molécula de agua tiee cierta simetría, pues se trata de u átomo de oxígeo co dos átomos de hidrógeo a ambos lados. La diferecia de electroegatividad e ambos elaces es la misma, y ambos dipolos se dirige hacia el cetro de la molécula. E caso de teer geometría lieal, estos dipolos se aularía etre sí. Pero o es el caso. Ya sabemos que el agua es ua molécula polar, lo que hace imposible la estructura geométrica lieal. ATIVIDADES (págia 117) Observa los siguietes elaces: F, O S; P l; N. a) Explica e cada uo de ellos cuál es el átomo más electroegativo. b) Usa los símbolos y para idicar la direcció del mometo dipolar. c) Razoa cuál de estos elaces es el más polar. a) F: ambos elemetos so del periodo del sistema periódico. El flúor está más a la derecha. El flúor es más electroegativo. OS: ambos elemetos so del grupo 16 del sistema periódico. El oxígeo está más arriba. El oxígeo es más electroegativo. Pl: ambos elemetos so del periodo del sistema periódico. El cloro está más a la derecha. El cloro es más electroegativo. N: ambos elemetos so del periodo del sistema periódico. El itrógeo está más a la derecha. El itrógeo es más electroegativo. c) El elace más polar es aquel que tega ua mayor diferecia de electroegatividad etre los elemetos que forma el elace. E la págia 54 del libro del alumo está los datos de electroegatividad de los elemetos. F: EN,98,55 1,4 Pl: EN,16,19 0,97 OS: EN,44,58 0,86 N: EN,04,55 0,49 E este caso el elace más polar es el F, puesto que el carboo es el elemeto de meor electroegatividad (,55) y el flúor es el de mayor electroegatividad (,98). b) F OS Pl N Por qué la molécula de triyoduro de boro es apolar si los elaces boro-yodo so polares? E el triyoduro de boro, el átomo cetral, el boro, o tiee electroes libres. Esto da lugar a geometría molecular plaa. La diferecia de electroegatividad etre el yodo (,66) y el boro (,04) hace que los pares de electroes elazates se dirija hacia los vértices de u triágulo equilátero resultado dicha geometría molecular. Auque los elaces boro-yodo sea polares, el mometo dipolar total o molecular resulta ser cero, 0, por la simetría de los elaces y la simetría de la geometría molecular. Respode justificado tu respuesta. a) uál es el orige de la polaridad de los elaces covaletes? 4 Elace covalete 81

83 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Es polar la molécula de tricloruro de boro? c) Es polar la molécula de tricloruro de itrógeo? a) La polaridad de u elace covalete se produce cuado los átomos elazados de forma covalete tiee diferete electroegatividad. Existirá u par de electroes que se desplazará hacia el átomo más electroegativo y el compuesto se comportará como u dipolo eléctrico. b) La molécula de Bl sigue ua geometría triagular plaa, dode el boro, siedo ua excepció al octeto y completádolo co 6 electroes, se sitúa e el cetro co los tres átomos de cloro e los vértices de u triágulo equilátero. La molécula de tricloruro de boro es apolar porque preseta simetría haciedo que el mometo dipolar total sea igual a cero. c) E la molécula de Nl se preseta ua geometría tetraédrica, dode el itrógeo se ecuetra e el cetro y los átomos de cloro se agrupa e tres de los vértices de u tetraedro. Al existir u par de electroes o elazates e el itrógeo, la geometría de la molécula es piramidal trigoal. E este caso la molécula de tricloruro de itrógeo sí es polar, puesto que los mometos dipolares o se aula etre sí debido a esta asimetría, y el mometo dipolar total resulta distito de cero Idica la geometría del dicloruro de berilio y del tricloruro de fósforo. uál de las dos moléculas será polar? E el dicloruro de berilio, Bel, se forma dos elaces simples etre el berilio y los dos átomos de cloro, por lo que la úica geometría posible, al o quedar electroes libres e el átomo cetral, es la lieal. E el tricloruro de fósforo, Pl, se da ua geometría tetraédrica, pero al quedar u par de electroes o elazates e el átomo de fósforo, la molécula preseta geometría piramidal trigoal. Para saber cuál de las dos moléculas es polar debemos fijaros e cuál de las dos cofiguracioes el mometo dipolar total es distito de cero. E el primer caso, la molécula es simétrica por lo que se aula su mometo total. E el segudo caso se produce ua ruptura e la simetría al existir dos electroes libres e el átomo cetral haciedo que su mometo total sea distito de cero, por lo tato, la molécula polar es la del tricloruro de fósforo. Dadas las siguietes parejas de moléculas: l 4 y l ; Bl y Nl. a) Explica la geometría de estas moléculas de acuerdo co la teoría de repulsió de pares electróicos. b) az ua predicció de la polaridad de cada molécula e idica qué molécula de cada pareja tiee mayor polaridad. a) Segú la TRPEV, para establecer la geometría de ua molécula debemos fijaros e los pares elazates y o elazates que se ecuetra e toro al átomo cetral, cosiderado las repulsioes que se pueda establecer etre dichos pares. l 4: el carboo ecesita cuatro direccioes para formar elace co el cloro, por lo que tato su geometría de elace como la molecular será tetraédrica. l : el carboo ecesita tres direccioes para formar elace co el cloro y ua para formar elace co el hidrógeo, por lo que su geometría de elace y molecular será tetraédrica. Bl : el boro comparte tres pares de electroes co los átomos de cloro, por lo que ecesitará tres direccioes de elace para formar la molécula, presetado ua geometría de elace y molecular triagular plaa. Nl : el itrógeo ecesita tres direccioes para formar elace co el cloro y ua para albergar u par de electroes libres, por lo tato, su geometría de elace es tetraédrica y su geometría molecular será piramidal trigoal. b) La molécula de l 4 preseta simetría molecular, por lo que su mometo dipolar total será igual a cero, siedo apolar. E el caso del l la molécula, auque preseta la misma geometría tetraédrica, al estar formada por átomos de elemetos co distita electroegatividad, el mometo dipolar total o se aula, por lo que será polar. La molécula de Bl al teer geometría triagular plaa preseta u mometo dipolar total igual a cero (molécula apolar), mietras que la molécula de Nl al teer geometría molecular piramidal trigoal presetará u mometo dipolar total distito de cero resultado ua molécula polar. E ambas parejas, la mayor polaridad está represetada por la molécula polar. 4 Elace covalete 8

84 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 11). Justifica por qué etre las moléculas de ácido etaoico (ácido acético), OO, hay elaces de hidrógeo; mietras que o hay de este tipo etre las moléculas de dimetil éter, O. El elace de hidrógeo, e química orgáica, se establece etre moléculas co grupos fucioales que cotega los sustituyetes O y N. E la molécula de ácido acético existe elaces de hidrógeo porque el grupo O de ua molécula del ácido forma el elace de hidrógeo itermolecular co u oxígeo del grupo carboilo de otra molécula de ácido acético. E el caso del dimetil éter, existe u átomo de oxígeo, pero o se ecuetra elazado co igú átomo de hidrógeo, por lo que o forma elaces de hidrógeo co otras moléculas de dimetil éter. ATIVIDADES (págia 1). Represeta co u boceto la distribució de los orbitales y ombra la forma geométrica que adopta los compuestos: metaol y metaal. Idica el valor aproximado de los águlos de elace alrededor del átomo cetral de carboo e estas moléculas. uál es la fuerza itermolecular más importate que existe para cada sustacia e estado líquido? Se trata de dos moléculas orgáicas, u alcohol O (metaol) y u aldehído O (metaal). Para el metaol, O, la cofiguració electróica y el úmero de electroes que aporta cada elemeto: O 1s s p 1s 1 1s s p 4 4 e 1 e 4 4 e 6 e El carboo, para poder establecer las uioes co los átomos de hidrógeo y el átomo de oxígeo, producirá ua hibridació sp dado lugar a 4 orbitales híbridos. El oxígeo tambié presetará ua hibridació sp para poder formar dos elaces simples, uo co el carboo y otro co el cuarto hidrógeo. E cada molécula de metaol se producirá, como muestra el dibujo, 5 elaces de solapamieto frotal tipo. La hibridació sp correspode co ua geometría tetraédrica que se estructurará alrededor de los átomos de y O de maera que siempre los águlos etre elaces será próximos a 109,5º. La distribució de orbitales es: Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales sp del carboo y el oxígeo. Para el metaal, O, teemos las siguietes cofiguracioes electróicas y úmero de electroes: O 1s s p 1s 1 1s s p 4 4 e 1 e e 6 e El carboo e este caso ecesita formar elace co los dos hidrógeos y u elace doble co el oxígeo para poder completar el octeto. Se producirá ua hibridació sp dado lugar a orbitales híbridos. El oxígeo está al otro extremo del elace doble, así que tambié preseta e este caso ua hibridació sp. E cada molécula de metaal se formará, como muestra el dibujo, elaces de solapamieto frotal tipo, y u elace de solapamieto lateral tipo de los orbitales tipo p. La geometría e toro al átomo cetral es triagular plaa co u águlo etre elaces de 10º, que se represeta de la siguiete maera: Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p z del carboo y el oxígeo. Orbitales híbridos sp del O que aloja los pares libres. Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales híbridos sp de y O. Orbitales de elace por solapamieto frotal del orbital 1s del y el orbital híbrido sp del. 4 Elace covalete 8

85 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El metaol tiee grupo O co ua itesa polaridad. Esto permite los elaces de hidrógeo etre moléculas de metaol como fuerza itermolecular más importate e estado líquido. El metaal preseta polaridad permaete auque más reducida. La iteracció existete etre sus moléculas es el elace dipolo-dipolo, tambié coocida como fuerzas de Va der Waals etre moléculas de metaal, como fuerza itermolecular más importate e estado líquido. 4. El tricloruro de boro es u gas, e codicioes ormales de presió y temperatura, mietras que el tetracloruro de carboo es líquido, e las mismas codicioes. A partir de la forma geométrica de sus moléculas explica: su polaridad, los elaces itermoleculares y los motivos por los que u compuesto sea gas y el otro líquido. El tricloruro de boro, Bl, preseta geometría molecular triagular plaa co águlos de elace 10. (Ver el ejemplo de hibridació sp e la págia 110 del libro del alumo, cambiado el halógeo la geometría se matiee). A pesar de que el elace lb es polar (EN,16,04 1,1), la simetría molecular dispoe los elaces de modo que la suma vectorial de los dipolos hace que su mometo dipolar total sea igual a cero. La molécula es apolar. No hay dipolos permaetes. Las fuerzas itermoleculares que se establece so las fuerzas de Lodo o de dispersió. El tetracloruro de carboo, l 4, preseta geometría molecular tetraédrica. Sus águlos de elace toma valores próximos a 109,5º. (Ver el ejemplo de hibridació sp e la págia 110 del libro del alumo, quitado el hidrógeo y sustituyédolo por cloro la geometría se matiee). El elace l es polar (EN,16,55 0,61). Al teer simetría tetraédrica, la suma vectorial de los dipolos hace que su mometo dipolar total sea ulo. La molécula tambié es apolar e este caso. No hay dipolos permaetes. Las fuerzas itermoleculares que se establece será de uevo fuerzas de Lodo o de dispersió. Ambas moléculas so apolares y preseta simetría e su estructura. Ambas preseta el mismo tipo de fuerzas itermoleculares. La diferecia más otable etre ellas es la masa molar y como cosecuecia la catidad de electroes que cotiee. M(l 4) = 15,8 g mol 1 ; M(Bl ) = 117, g mol 1. La mayor presecia de electroes e las capas de valecia es la razó por la que el l 4 es líquido y el Bl es gaseoso bajo las mismas codicioes de presió y temperatura. La mayor masa molecular del l 4 aumeta las fuerzas de Lodo (dipolo iducido-dipolo istatáeo) y cofiere a la molécula u mayor puto de ebullició, lo que hace que se presete e estado líquido. 5. Explica qué tipo de fuerza itermolecular cotribuye, de maera preferete, a mateer e estado líquido las siguietes sustacias: a) O b) O c) Br a) La polaridad del elace O hace que exista elaces de hidrógeo etre las moléculas del O, siedo estas fuerzas itermoleculares las resposables de que se matega e estado líquido. b) E el dióxido de carboo, al ser ua molécula apolar, las fuerzas itermoleculares que aparece so las fuerzas de Lodo o de dispersió, lo que permitiría al O quedar e estado líquido (esto solo ocurre a presioes altas, p 5 atm, y temperaturas bajas, T 50 º; o presioes muy altas, p 70 atm, a temperatura ambiete). c) La molécula de bromo es covalete apolar y e su uió etre ellas solo puede aparecer fuerzas de Lodo o de dispersió, que so las que hace que se ecuetre e estado líquido. 6. Formula el -metilpeta--ol y el,,4-trimetiloctao. Explica cuál de estos compuestos preseta elaces itermoleculares por elaces de hidrógeo. Ambos compuestos so moléculas orgáicas. El -metilpeta--ol es u alcohol co la siguiete fórmula: ( ) (O) El,,4-trimetiloctao es u alcao que preseta la siguiete fórmula: ( ) ( ) Los elaces de hidrógeo se forma e moléculas polares cuado u átomo de hidrógeo se ue a otro átomo pequeño y muy electroegativo (itrógeo, flúor u oxígeo). El úico compuesto que podría presetar elaces por puetes de hidrógeo es el -metilpeta--ol, ya que preseta el sustituyete O. ATIVIDADES (págia 1) 7. Los valores de los putos de ebullició de cloro y yodo so: T eb.[l ] 9 K, T eb.[i ] 457 K, respectivamete. Explica esta diferecia. 4 Elace covalete 84

86 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Las moléculas de cloro y yodo tiee la misma estructura. Dos átomos del mismo elemeto uidos mediate u elace covalete secillo. Es u elace apolar. Así que ambas moléculas tiee mometo dipolar ulo. Las fuerzas itermoleculares resposables de que las moléculas se matega uidas so las fuerzas de Lodo o de dispersió. Que se origia por la iteracció dipolo istatáeo-dipolo iducido. La razó por la que existe esa diferecia e los valores de las temperaturas de ebullició se debe a que a medida que aumeta el tamaño de la molécula (o la masa molecular) aumeta tambié las fuerzas de Lodo. uato mayor es la molécula, más lejos se ecuetra los electroes del úcleo y más secillo resulta iducir dipolos. La masa molecular del cloro (M(l ) 70,9 g mol 1 ) es meor que la del yodo (M(I ) 5,8 g mol 1 ). Por esto el segudo tiee u puto de ebullició otablemete más elevado. 8. El agua tiee ua masa molecular de 18 uidades y el butao de 55 uidades, masas aproximadas. Por qué, a temperatura ambiete y presió de 1 atm, el agua es líquida y el butao es gas? Para respoder a la preguta teemos que fijaros e la temperatura de ebullició de cada compuesto y esta temperatura depede de las fuerzas itermoleculares que se establezca e cada caso, de maera que: Elace de hidrogeo Va der Waals (dipolo-dipolo) Lodo (dispersió) E el caso del agua líquida O, sus moléculas polares se ue etre sí mediate elaces de hidrógeo y al ser ua molécula relativamete pequeña, el valor de la temperatura de ebullició será elevado. E el caso del butao, que o es polar, las iteraccioes etre moléculas so del tipo Lodo o de dispersió. Auque el butao supere e masa molecular al agua, las fuerzas que matiee uidas las moléculas o so las mismas, y e este caso el agua, al teer elaces hidrógeo mucho más fuertes que las fuerzas de Lodo, puede permaecer e estado líquido a ua temperatura e la que el butao ya se ecuetra e estado gaseoso. ATIVIDADES (págia 15) 9. Explica razoadamete los siguietes feómeos: a) El fluoruro de cesio tiee u puto de fusió de 68 º, mietras que el flúor es u gas a temperatura ambiete. b) El cobre y el yodo so sólidos a temperatura ambiete, pero el cobre coduce la corriete eléctrica, mietras que el yodo o lo hace. c) El butao tiee u puto de ebullició más alto que el propao. a) Fluoruro de cesio, sf. El flúor y el cesio tiee electroegatividades muy diferetes, al elazarse el flúor arrebata u electró al cesio dado lugar a u elace ióico. La red ióica, co elaces etre ioes, está cohesioada por fuerzas electrostáticas y es sólida. Para fudirlo es ecesario sumiistrar valores de eergía altos que cosiga superar la eergía reticular del cristal que de por sí es elevada por ser u sólido ióico. El flúor, F, si embargo, es u compuesto molecular covalete. La cohesió itermolecular está dada por fuerzas de Lodo o de dispersió, eergéticamete más débiles, lo que hace que el compuesto se ecuetre e forma gaseosa icluso a temperatura ambiete. b) El cobre es u metal que posee electroes capaces de moverse libremete por su estructura y coducir la electricidad. El yodo es u sólido covalete molecular que o permite coducir la electricidad, ya que sus electroes o está libres al formar parte del orbital de elace covalete. c) Tato las moléculas de propao como las de butao so moléculas orgáicas apolares que se ecuetra uidas etre sí mediate fuerzas de Lodo o de dispersió. Para comparar putos de ebullició debemos teer e cueta que cuato mayor sea la masa molecular del compuesto, mayores será las fuerzas itermoleculares y, por lo tato, mayor será tambié el puto de ebullició de la sustacia. El butao posee mayor tamaño molecular que el propao, por lo que su puto de ebullició será mayor. 0. Idica, justificado la respuesta, qué especie química (átomo, molécula o io) ocupa los udos de las redes de las siguietes sustacias e estado sólido: óxido de magesio, grafito, agua y itrógeo. 4 Elace covalete 85

87 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El óxido de magesio sólido, MgO, se compoe de ua red formada por ioes Mg y O uidos por elace ióico, por lo que la especie química que se ecuetra e los udos de la red so dichos ioes. Para formar el grafito sólido varias redes plaas, o capas, se ue superpoiédose mediate fuerzas de dispersió. E cada ua de las capas los átomos de carboo se agrupa mediate elaces covaletes dode cada uo de los átomos de carboo se ecuetra e los udos de dicha red, que tiee agrupació hexagoal. E el agua, que preseta elace covalete etre sus átomos, la fuerza itermolecular presete e el estado sólido es el elace de hidrógeo. El agua e estado sólido (hielo) cristaliza e forma hexagoal, dode, e este caso, la molécula de agua es la que se ecuetra e los udos de la red. El itrógeo sólido es el caso de u sólido molecular. El itrógeo se ue mediate u triple elace covalete para formar la molécula de itrógeo, N, y dichas moléculas, a su vez, se ue mediate débiles fuerzas de Lodo para formar la red e estado sólido. E la red cada ua de las moléculas de N se ecotraría e los udos. 1. Explica qué tipo de elace químico debe romperse o qué fuerza de atracció debe vecerse para: a) Fudir cloruro de sodio. c) ervir agua. b) Evaporar itrógeo líquido. d) Fudir hierro. a) El cloruro de sodio (sal comú) preseta elace ióico debido a la gra diferecia de electroegatividad etre los elemetos l y Na. Para fudirlo ha de romperse las fuerzas electrostáticas que ue estos ioes. b) Las moléculas de itrógeo está uidas por fuerzas de Lodo o de dispersió, que so las que habría que vecer para coseguir evaporarlo. c) Las moléculas de agua so dipolos permaetes, está uidas mediate elaces de hidrógeo. Para que el agua pasase a estado gaseoso por ebullició habría que romper dichos elaces de hidrógeo. d) Para fudir hierro es ecesario romper u elace metálico etre la ube de electroes deslocalizados y los catioes de hierro que ocupa los udos de la red cristalia. ATIVIDADES FINALES (págia 18) Octeto de Lewis. Mediate u diagrama de Lewis, represeta las moléculas: I y II. Para coocer la estructura de Lewis del l calcula los electroes de valecia a partir de cada cofiguració electróica: : 1s s p 4 e : 1s 1 1 e l: [Ne]s p 5 (7 e ) 1 e Resulta: 4 e 1 e 1 e 6 electroes de valecia. Para alcazar el octeto, el carboo ecesita compartir 4 e, el cloro ecesita 1 e y el hidrógeo, al ser ua excepció, solo ecesita 1 e. Por lo tato, el úmero de electroes ecesarios será: (8 e ) ( e ) l (8 e ) 4 e La diferecia etre ambas catidades es 4 e 6 e 8 e. El úmero de elaces es la mitad, es decir, 4 elaces. La estructura de Lewis es la siguiete: l l l l l l E el caso del II (1,-dicloroeteo), calcula igualmete los electroes de valecia a partir de cada cofiguració electróica: : 1s s p (4 e ) 4 16 e : 1s 1 (1 e ) e l: [Ne]s p 5 (7 e ) 14 e Resulta: 16 e e 14 e electroes de valecia. Para alcazar el octeto, el carboo ecesita compartir 4 e, el cloro ecesita 1 e y el hidrógeo, al ser ua excepció, solo ecesita 1 e. Por lo tato, el úmero de electroes ecesarios será: 4 Elace covalete 86

88 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO (8 e ) 4 ( e ) l (8 e ) 6 e La diferecia etre ambas catidades es 6 e e 8 e. El úmero de elaces es la mitad, es decir, 4 pares de elaces. Dos elaces secillos y uo doble. La estructura de Lewis es la siguiete: l l l l. Dadas las moléculas: N, NO y BF. a) Dibuja las estructuras de Lewis señalado, e su caso, los pares de electroes o compartidos. b) Idica e cada caso cuál es la multiplicidad de todos los elaces (secillo, doble, triple). a) Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de N: : 1s 1 : 1s s p N: 1s s p Para completar su estructura del octeto de Lewis hay 8 electroes e 4 elaces. Debe formar u elace triple etre el carboo y el itrógeo, de la siguiete maera y uo simple del carboo co el hidrógeo. Y u par de electroes libres del itrógeo: N N Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de NO: N: 1s s p O: 1s s p 4 Para la estructura de Lewis se comparte dos pares de electroes, quedado dos pares de electroes libres e el oxígeo, u par de electroes libres e el itrógeo más u electró desapareado libre e el itrógeo. Su estructura de Lewis queda de la siguiete maera: N O N O Teiedo e cueta las cofiguracioes de los átomos que compoe la molécula de BF : B: 1s s p 1 F: 1s s p 5 Para la estructura de Lewis se comparte pares de electroes, quedado 9 pares de electroes libres o si compartir e los átomos de flúor. La estructura de Lewis es la siguiete: F F F B F F B F b) E el caso del N se da u elace secillo etre el y el y u elace triple etre el y el N. E el NO se produce u elace u elace doble. Para el BF se da elaces simples. 4. osidera los elemetos boro, carboo, itrógeo, oxígeo y cloro. a) Deduce la fórmula molecular más probable para los cloruros formados co los otros cuatro elemetos. b) Dibuja las estructuras de Lewis de las cuatro moléculas resultates. a) Te e cueta las cofiguracioes electróicas de estos elemetos. Así sabrás e cada caso los electroes apareados o desapareados que puede uirse y formar elace. l: [Ne] s p 5 B: 1s s p 1 : 1s s p N: 1s s p O: 1s s p 4 El cloro tiee 7 electroes e la capa de valecia, estado todos apareados salvo uo. Necesitará u electró para completar el octeto, lo que idica que, al formar cloruros, ormalmete compartirá u par de electroes co el átomo co el que forme elace. El átomo de boro tiee electroes e su última capa de valecia, por lo que ecesita establecer elaces (compartir pares de electroes co el l) para alcazar su estructura más estable. Auque e este caso se produce ua excepció al octeto. La fórmula más probable es Bl. 4 Elace covalete 87

89 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E el caso del carboo, cada átomo ecesita 4 electroes adicioales para completar el octeto, por lo que formará 4 elaces co el cloro compartiedo 4 pares de electroes. Su fórmula más probable es l 4. El itrógeo tiee 5 electroes e su última capa, de los cuales podrá formar elace al estar desapareados, de maera que el itrógeo se agrupará co el cloro para formar tricloruro de itrógeo co la fórmula molecular Nl. El oxígeo tiee 6 electroes e su última capa, de los cuales solo dos está desapareados. La fórmula más probable para el cloruro formado co oxígeo será Ol, dode se comparte dos pares de electroes para que tato el oxígeo como el cloro complete el octeto. b) Las estructuras de Lewis para las moléculas ateriores so las siguietes: l l B l l l l l tricloruro de boro, Bl tetracloruro de carboo, l 4 l l N l l O l tricloruro de itrógeo, Nl dicloruro de oxígeo, Ol Geometría de elace 5. Justifica si es verdad la siguiete afirmació: «uado u átomo de A se combia mediate elaces covaletes co de B, la molécula resultate, AB, siempre tedrá ua estructura geométrica plaa». Auque a priori pueda parecer que el átomo cetral se agrupará de maera que pueda formar los tres elaces los átomos de B hacia los vértices de u triágulo equilátero, co ua geometría triagular plaa, e el mometo e que A tega electroes desapareados o libres, su geometría cambiará para poder albergarlos pasado a establecer ua geometría piramidal trigoal. U ejemplo dode esto sucede es el amoiaco, N. Esta afirmació o es correcta. 6. Respode a las siguietes cuestioes: a) Escribe las estructuras de Lewis para las siguietes moléculas: metao, amoiaco, dióxido de azufre, metaal. b) Qué geometría cabe esperar para cada ua de ellas utilizado el modelo de repulsió etre pares de electroes de la capa de valecia? a) E el metao, 4, las cofiguracioes so : 1s s p y : 1s 1. El carboo comparte 4 pares de electroes completado así su octeto de Lewis. Para la molécula de N, N: 1s s p y : 1s 1. El itrógeo ecesita compartir pares de electroes, quedado u par de electroes libres. N N E la molécula de dióxido de azufre, SO, S: [Ne] s p 4 y O: 1s s p 4, se produce ua excepció al octeto dode el azufre cierra capa co 10 electroes, de maera que se forma 4 elaces (dos dobles) y queda u par libre. O S O O S O 4 Elace covalete 88

90 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Para el metaal, O, teemos que : 1s s p, O: 1s s p 4 y : 1s 1. El carboo ecesita formar elace co los dos hidrógeos y u elace doble co el oxígeo para poder completar el octete. O O b) Para determiar la geometría molecular co la TRPEV a partir de la estructura de Lewis y del úmero de electroes que posee el átomo cetral e la última capa, determiamos el úmero de direccioes de elace que ecesita para formar la molécula (cotado los elaces dobles como secillos): Metao, 4: el átomo cetral () tiee cuatro pares de electroes para formar 4 elaces. No tiee pares libres. Su geometría de elace es tetraédrica y su geometría molecular tambié es tetraédrica. Amoiaco, N : el itrógeo tiee 4 pares de electroes, por lo que tedrá estructura tetraédrica, pero como posee u par de electroes libres si elazar, su geometría molecular es piramidal trigoal. Dióxido de azufre, SO : el azufre ecesita tres direccioes de elace para formar los dos elaces y el par libre, por lo que su geometría de elace es triagular plaa mietras que su geometría molecular es agular. Metaal, O: el átomo cetral () ecesita tres direccioes de elace, para formar los tres elaces, por lo que tato su geometría de elace como su geometría molecular será triagular plaa Razoa si ua molécula co la fórmula AB debe ser siempre lieal. Para estudiar la geometría de ua molécula podemos recurrir e este caso a la TRPEV que afirma que la orietació que adquiere las moléculas es la que provoca meor repulsió etre los pares de electroes de la capa de valecia. Así pues, teemos que aalizar los pares de electroes elazates y o elazates que se ecuetra e la capa de valecia del átomo cetral. E el caso e que el átomo cetral tuviera dos pares de electroes elazates, como e el Be, la molécula sería lieal. Si el átomo cetral, si embargo, tiee dos pares de electroes elazates y u par de electroes o elazates, como e el S, etoces la geometría e toro al átomo cetral sería triagular plaa y la geometría molecular sería agular y o lieal, como sugiere el euciado. E el último caso e que hubiera dos pares de electroes elazates y otros dos pares libres, como e el caso del agua, la geometría molecular sería de uevo agular, auque esta vez derivada de ua geometría tetraédrica, pero o lieal. Dada la molécula de sulfuro de hidrógeo, idica el úmero de pares de electroes o elazates sobre el átomo cetral, su polaridad y su geometría más probable. Teiedo e cueta las cofiguracioes electróicas de los átomos costituyetes del S (: 1s 1 ; y S: [Ne] s p 4 ) se ve que el átomo cetral, azufre, posee 6 electroes e su capa de valecia. Para formar la molécula se producirá dos pares elazates co los átomos de y quedará otros dos pares o elazates, como muestra su estructura de Lewis: S S Debido a la diferecia de electroegatividad etre los átomos de y S, el elace S es polar. El átomo cetral, azufre, tiee dos pares de electroes o elazates e el átomo cetral. La geometría más probable para esta molécula es la agular, haciedo que el mometo dipolar total sea distito de cero, y la molécula u dipolo permaete. La geometría es similar a la de la molécula de agua. E relació co las especies químicas BF y BF 4. a) Represeta ua estructura de Lewis para cada ua de ellas. b) Determia el úmero de oxidació del B e ambos compuestos. c) Utiliza la teoría de TRPEV para predecir sus formas geométricas. a) Las cofiguracioes electróicas de los átomos que compoe las especies idicadas so: B: 1s s p 1 F: 1s s p 5 La catidad de electroes que aporta la capa de valecia de cada elemeto: B: e F: 7 e pares de e libres e desapareados 1 e desapareado 4 Elace covalete 89

91 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De las dos especies químicas que pide el ejercicio: Trifluoruro de boro, BF. Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto: e (7 e ) 4 e La cofiguració más estable de cada elemeto detro del BF, teiedo e cueta que el boro es ua excepció, el elemeto que es estable co 6 electroes e su capa de valecia: 6 e (8 e ) 0 e La diferecia so los electroes a compartir, 6 e. La mitad de este úmero es el úmero de elaces. Debe haber elaces. So, por tato, pares de electroes de valecia elazates. E las capas de valecia de los átomos de flúor 9 pares de electroes o elazates. Se forma tres elaces covaletes secillos. La estructura de Lewis es como sigue: F + B F F F B F F Tetrafluoruroborato(1), BF 4. Suma todos los electroes e las capas de valecia del compuesto y añade uo por la carga del aió: e (7 e ) 4 1 e e La cofiguració más estable de cada elemeto detro del BF 4, teiedo e cueta que el boro queda co u orbital vacío y que además e el aió hay u electró extra: 8 e (8 e ) 4 40 e E el caso del io BF 4 se da u elace covalete coordiado o dativo, dode el aió fluoruro se preseta como dador y el trifluoruro de boro se preseta como aceptor co u orbital vacío, quedado la estructura de Lewis de la siguiete maera: F- F B F F F B F F- F b) E ambos compuestos el úmero de oxidació que preseta el boro es. c) BF : el boro ecesita tres direccioes para formar elace co el flúor, por lo que tato su geometría de elace como la molecular es triagular plaa. BF 4 : el boro ecesita cuatro direccioes para formar elace co el flúor, así que tato su geometría de elace como la molecular es tetraédrica. 40. Aplicado la teoría de repulsió de pares electróicos de la capa de valecia, idica justificadamete la geometría de las moléculas siguietes: a) NF b) BF Si teemos e cueta la TRPEV, debes fijarte e los pares de electroes elazates y o elazates que se preseta e cada molécula e toro al átomo cetral. De ahí deduce la geometría real cosiderado las repulsioes que se pueda establecer etre pares. a) alcula las cofiguracioes electróicas de los elemetos e la molécula de trifluoruro de itrógeo, NF : N: 1s s p F: 1s s p 5 Observa que para formar la molécula se establece e toro al átomo cetral, itrógeo, pares de electroes elazates y u par de electroes o elazates. La geometría electróica es tetraédrica, pero al existir u par de electroes libres, se rompe la simetría y la geometría molecular es piramidal trigoal. geometría electróica geometría molecular b) alcula las cofiguracioes electróicas de los elemetos e la molécula de trifluoruro de boro, BF : B: 1s s p 1 F: 1s s p 5 4 Elace covalete 90

92 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Para poder formar la molécula el boro completa su capa co 6 electroes, siedo ua excepció al octeto. Se establece e toro al átomo de B tres elaces simples, por lo que teemos pares de electroes elazates y igú par de electroes o elazates. La geometría electróica y molecular e este caso es triagular plaa. geometría electróica geometría molecular ATIVIDADES FINALES (págia 19) 41. Dadas las moléculas l, KF, F 4 y l : a) Razoa el tipo de elace presete e cada ua de ellas. b) Escribe la estructura de Lewis y justifica la geometría de las moléculas que tiee elaces covaletes. c) Justifica cuáles de ellas so solubles e agua. a) Tipo de elace: b) l. Elace covalete formado por dos elemetos electroegativos. omparte u par de electroes. KF. Elace ióico formado por dos elemetos co gra diferecia de electroegatividad, metal y o metal. No se trata de ua molécula, sio de ua red formada por ioes (el K cede u electró al F). F 4. Elace covalete formado por dos elemetos electroegativos. omparte 4 pares de electroes. l. Elace covalete,, y l elemetos electroegativos. Tiee dos elaces covaletes secillos y dos elaces covaletes secillos l. Estructura de Lewis de los compuestos co elaces covaletes l l l Para justificar la geometría utiliza, por ejemplo, la TRPEV Se trata de ua molécula co ua direcció de elace, luego su geometría de elace y molecular será lieal. F 4 F F F F F F F F El átomo cetral ecesita cuatro direccioes de elace, por tato, la geometría será tetraédrica. Además, como los cuatro átomos so idéticos será tetraédrica regular. l l l l l E este caso, el átomo cetral ecesita cuatro direccioes de elace. Dos direccioes para formar dos elaces y otras dos para formar dos elaces l. Por tato, la geometría de elace y molecular será tetraédrica. c) El agua es u disolvete polar, por tato, será solubles las sustacias ióicas como KF y las sustacias moleculares polares, que so l y l. F 4 es apolar auque sus elaces F sea polares, ya que la geometría de la molécula es regular. Esto hace que se cacele y la molécula sea globalmete apolar, por lo que o sería soluble e agua. 4. Justifica la geometría de las siguietes moléculas covaletes de acuerdo co la teoría de la repulsió etre los pares de electroes de la capa de valecia: a) Bromuro de berilio (dibromuro de berilio). b) loruro de alumiio (tricloruro de alumiio). 4 Elace covalete 91

93 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) loruro de silicio(iv) (tetracloruro de silicio). d) Amoiaco (trihidruro de itrógeo). a) BeBr : es ua molécula regular. Tiee dos pares de electroes (de elace). Por tato, es lieal. Br Be Br b) All : es ua molécula regular. Tiee tres pares de electroes (de elace). Por tato, es triagular plaa. l l Al l c) Sil 4: es ua molécula regular. Tiee cuatro pares de electroes (de elace). Por tato, es tetraédrica. l l Si l l d) N : tiee cuatro pares de electroes (tres de elace y uo solitario). Es piramidal triagoal. N 4. osidera las siguietes especies químicas N O, NO, NO, NO, y respode razoadamete a las cuestioes: a) Represeta la estructura de Lewis de cada ua de las especies químicas propuestas. b) Predice la geometría de cada ua de estas especies químicas. Las cofiguracioes electróicas de los elemetos que iterviee so: N: 1s s p tiee 5 e de valecia, e desapareados y 1 par libre. O: 1s s p 4 tiee 6 e de valecia, e desapareados y pares libres. a) Las estructuras de Lewis: N O: hay dos átomos de itrógeo y uo de oxígeo: (5 e ) (6 e ) 16 e de valecia. Para que cada átomo complete su octeto por separado: (8 e ) (8 e ) 4 e. La diferecia es de 8 e. La mitad es el úmero de elaces, 4 elaces. Es ua estructura resoate: N N+ O O- N- N+ NO : hay u átomo de itrógeo y dos de oxígeo: (5 e ) (6 e ) 17 e e el compuesto eutro. omo es u io positivo hay que restar u electró (carga), luego hay 16 e de valecia. Para que cada átomo complete su octeto por separado: (8 e ) (8 e ) 4 e. La diferecia es de 8 e. La mitad es el úmero de elaces, 4 elaces: O N+ O NO : hay u átomo de itrógeo y dos de oxígeo: (5 e ) (6 e ) 17 e e el compuesto eutro. omo es u io egativo hay que sumar u electró (carga), luego hay 18 e de valecia. Para que cada átomo complete su octeto por separado: (8 e ) (8 e ) 4 e. La diferecia es de 6 e. La mitad es el úmero de elaces, elaces. Es ua estructura resoate: O N N O O- O- 4 Elace covalete 9

94 O- O- N+ O- O- Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO NO : hay u átomo de itrógeo y tres de oxígeo: (5 e ) (6 e ) e e el compuesto eutro. omo es u io egativo hay que sumar u electró (carga), luego hay 4 e de valecia. Para que cada átomo complete su octeto por separado: (8 e ) (8 e ) e. La diferecia es de 8 e. La mitad es el úmero de elaces, 4 elaces. Es ua estructura resoate: O- N+ O O N+ O- O b) Geometría: ompuesto Pares e Pares elazates Pares libres Geometría N O 4 4 (tripe simple; dobles) 0 Lieal NO 4 4 ( dobles) 0 Lieal NO 4 (doble simple) 1 Agular Triagular plaa NO 4 4 (doble simples) 0 ibridació 44. Escribe la fórmula del ácido but--eoico. Idica la hibridació de cada uo de los carboos. Señala u elace polarizado idicado la carga parcial de cada átomo e el mismo ( y ). Razoa el carácter ácido del compuesto. La fórmula de ácido but--eoico es: OO Se puede ver que hay u elace doble etre dos átomos de carboo y tambié que hay u grupo carboxilo. E los grupos carboxilo hay u doble elace etre el carboo y uo de los oxígeos. E los compuestos orgáicos, u átomo de carboo que solo forma elaces secillos utiliza ua hibridació sp. U átomo que solo forma u elace doble se hibrida e sp. Los carboos 1, y 4 tiee hibridació sp. El segudo carboo preseta hibridació sp. O sp sp sp sp O 4 Elace covalete 9

95 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO U elace polarizado es aquel e el que los dos átomos tiee diferetes electroegatividades. Las electroegatividades so: (,0); (,55); y, O (,44). E este caso tedríamos elaces polarizados e el grupo ácido: O (EN 0,89); y, O (EN 1,4). El elace está escasamete polarizado (EN 0,5) y podemos despreciarlo. O El carácter ácido del compuesto es gracias a la alta electroegatividad del oxígeo e el grupo carboxilo OO. El carboo cargado positivamete aumeta la polarizació del elace O, lo que favorece su ioizació. O 45. A la luz de la teoría del elace de valecia: a) Describe las moléculas de l y N. b) Justifica si e algua de ellas se presetará elaces tipo o y e qué úmero. a) ada molécula l cotiee átomos de cloro. La cofiguració electróica del elemeto es: l: [Ne] s p 5 Utiliza u orbital tipo p co 1 e desapareado dispuesto a formar u elace secillo. Tambié tiee tres pares libres. Así, e la molécula hay dos átomos de cloro uidos por u elace simple e u orbital de elace, dode cada uo comparte el electró desapareado. ada molécula N cotiee átomos de itrógeo. La cofiguració electróica del elemeto es: N: [e] s p Tiee u par libre. Tambié tiee tres electroes desapareados dispuestos a formar 1 elace triple. Así, e la molécula hay dos átomos de itrógeo uidos por u elace triple e tres orbitales de elace, dode cada átomo aporta para compartir los tres electroes desapareados. b) Para el gas cloro, cada uo de los átomos de cloro tiee u orbital semiocupado, co u electró desapareado, al uirse se combia ambos orbitales e u orbital de elace por solapamieto frotal, u orbital de elace (ll). Geometría molecular lieal. E el caso de la molécula de gas itrógeo, N, hay tres electroes desapareados y se forma u elace triple. Se forma u orbital de elace por solapamieto frotal tipo y otros dos orbitales de elace por solapamieto lateral tipo (NN). Triple elace co geometría de hibridació lieal y geometría molecular tambié lieal. Orbital de elace (solapamieto lateral p y). Orbital de elace (solapamieto lateral p z). Orbital de elace (solapamieto frotal de orbitales sp). Orbital híbrido (sp) del par libre de cada átomo. 4 Elace covalete 94

96 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 46. Dibuja las moléculas de etileo (eteo) y etao, idicado el tipo de hibridació de los átomos de carboo e cada uo de ellos. Justifica por qué la eergía del elace carboo-carboo es mayor (61 kj mol 1 ) e el etileo (eteo) que e el etao (48 kj mol 1 ). E los átomos de carboo, co 4 electroes e la capa de elace, tiee lugar la promoció de u electró de s a p: 1s s p Promoció 1s s p E el etao todos los elaces so simples. Estos elaces se da por solapamieto frotal, o hay solapamietos laterales. Por eso e los átomos de carboo del etao se produce hibridacioes sp. Se forma u elace simple tipo (solapamieto frotal) etre los átomos de carboo y otros seis elaces etre los átomos de carboo e hidrógeo. 0 Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales sp de los átomos de carboo. E el eteo hay u elace doble. Estos elaces se da co u solapamieto frotal tipo y otro lateral tipo. Por eso e los átomos de carboo del etao se produce hibridacioes sp. Además se forma cuatro elaces etre los átomos de carboo e hidrógeo. Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p z de los átomos de carboo. Orbitales de elace por solapamieto frotal del orbital 1s del y el orbital híbrido sp del. Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales híbridos sp de los átomos de carboo. La eergía de elace de u doble elace (dode hay que romper dos orbitales de elace) es mayor que la eergía de u elace secillo (dode solo hay que romper u orbital de elace). El eteo tiee u doble elace mietras que el etao tiee u elace simple. La eergía del elace carboo-carboo es mayor e el eteo. Polaridad 47. Explica la geometría de las siguietes moléculas: l, N, Bel y Pl 5, e idica la polaridad de las mismas. l. E este caso, el átomo cetral ecesita cuatro direccioes de elace. Tres direccioes para formar tres elaces y otra para formar u elace l. Por tato, la geometría de elace y molecular será tetraédrica. uatro pares de electroes elazates que forma etre sí águlos de 109,5º. l l Átomo cetral: 4 pares de elace Geometría electróica: tetraédrica Geometría molecular: tetraédrica 4 Elace covalete 95

97 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Dada la geometría de la molécula y la gra polaridad del elace (l), el mometo dipolar total de la misma o se aula y, por tato, la molécula será polar T 0. l T La molécula de amoiaco, N, tiee geometría de elace tetraédrica, ya que tiee cuatro direccioes de elace para alojar el par de electroes libre los tres pares de elace, y geometría molecular piramidal. Los elaces co cada átomo de hidrógeo forma etre sí águlos de 107º. N N Átomo cetral: pares de elace y 1 par libre Geometría electróica: tetraédrica Geometría molecular: piramidal trigoal Los elaces N so polares, dada la geometría o regular de la molécula (debido al par de electroes libres), se evita que los mometos dipolares de los tres elaces se compese uos co otros y el mometo dipolar de la misma o se aula y, por tato, la molécula será polar T 0. Bel. Tiee dos pares de electroes e toro al átomo cetral que forma dos pares elazates: águlo de 180º. Por lo que tiee geometría de elace y molecular lieal. l Be l l Be l Átomo cetral: pares de elace Geometría electróica: lieal Geometría molecular: lieal Los elaces Bel so polares pero al ser ua molécula lieal, los mometos dipolares de sus dos elaces se compesa y la molécula es apolar. Pl 5. Bipirámide trigoal: cico pares de electroes elazates alrededor del átomo cetral. Tres de ellos e el plao horizotal formado águlos de 10º etre sí; y los otros dos e el eje vertical formado águlos de 90º co los demás. l l P l l l l l l P l l Átomo cetral: 5 pares de elace Geometría electróica: bipiramidal trigoal Geometría molecular: bipiramidal trigoal Los elaces Pl so polares pero la molécula es apolar debido a su geometría regular que hace que se aule los mometos dipolares. 48. osidera las siguietes moléculas: agua, fluoruro de hidrógeo, hidrógeo gaseoso, metao y amoiaco. otesta justificadamete. a) uál o cuáles so polares? b) uál preseta elaces más polares? 4 Elace covalete 96

98 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) uál preseta elaces meos polares? d) uál o cuáles puede presetar elace de hidrógeo? a) Polaridad: Agua, O: es ua molécula agular. Los elaces polares o se aula, sio que se suma vectorialmete. Por eso las moléculas de agua so polares. Fluoruro de hidrógeo, F: forma u elace covalete polar. Los átomos de y F tiee diferete electroegatividad. Por tato, las moléculas de F so polares. idrógeo gaseoso, : forma u elace covalete apolar. Los dos átomos de tiee la misma electroegatividad. Las moléculas de so apolares. Metao, 4: es ua molécula tetraédrica regular. Los elaces polares se aula y las moléculas de 4 so apolares. Amoiaco, N : los elaces N so polares, dada la geometría o regular de la molécula (piramidal trigoal), se evita que los mometos dipolares de los tres elaces se compese uos co otros y el mometo dipolar de la misma o se aula, las moléculas de N so polares. b) F debido a la gra diferecia de electroegatividad etres sus átomos. c) que está formada por dos átomos iguales y la diferecia de electroegatividad es ula. d) El elace de hidrógeo se da etre moléculas polares que cotiee u átomo de hidrógeo y u átomo pequeño y muy electroegativo (N, O, F). Luego, puede presetar elace de hidrógeo: N, O y F. N ATIVIDADES FINALES (págia 10) 49. Respode razoado la respuesta. a) Idica la geometría de las siguietes moléculas: tricloruro de boro y sulfuro de hidrógeo. b) uáles de ellas so polares? a) Geometría: Tricloruro de boro, Bl : B tiee e de valecia y comparte 1 par de electroes co cada l. El B es el átomo cetral y tiee alrededor pares de elace. Segú la TRPEV, ecesita direccioes de elace, geometría electróica triagular plaa. La geometría molecular coicide co la electróica. l B l l B l l l Átomo cetral: pares de elace Geometría electróica: triagular plaa Geometría molecular: triagular plaa Sulfuro de hidrógeo, S: S tiee 6 e de valecia. El S es el átomo cetral y forma dos elaces secillos co los dos. Tiee, además, dos pares libres que sumados a los pares de elace hace que tega cuatro direccioes de elace, e ua geometría electróica tetraédrica, pero co geometría molecular agular (águlo de 104º). 4 Elace covalete 97

99 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO S S Átomo cetral: pares de elace y pares libres b) Polaridad. Geometría electróica: tetraédrica Geometría molecular: agular Au siedo sus elaces lb polares la molécula es apolar debido a su geometría simétrica. Por lo aterior podemos decir que la molécula de S es polar, ya que los elaces S so polares y o se aula por la geometría molecular agular. 50. U compuesto de fórmula Xl es apolar. Teiedo e cueta este dato, razoa sobre la posibilidad de que X sea uo de los siguietes elemetos: alumiio, itrógeo, fósforo o magesio. Razoa la respuesta. Alumiio, Al: tiee e de valecia. ompartiría 1 par de electroes co cada l. El Al seria el átomo cetral y tedría alrededor pares de elace. Geometría electróica triagular plaa. La geometría molecular coicide co la electróica. Al teer ua geometría simétrica, la molécula será apolar auque los elaces sea polares. Nitrógeo, N: tiee 5 e de valecia. ompartiría 1 par de electroes co cada l y tedría, además, u par libre por lo que la geometría de la molécula o será simétrica y, por tato, la molécula resultate será polar. Luego, el itrógeo o puede ser el elemeto que estamos buscado. Fosforo, P: tiee 5 e de valecia. Por el mismo motivo que el itrógeo, el fósforo tampoco podría ser ya que daría como resultado ua molécula polar. Magesio, Mg: tiee e de valecia. El resultado de la uió sería co dos átomos de cloro, l, luego o puede ser tampoco el elemeto que estamos buscado. Por tato, el úico elemeto posible es el alumiio. Elace etre moléculas 51. A partir de los datos e la tabla idica razoadamete: Propiedad física O Sustacias S Puto de ebullició ormal (º) ,7 Puto de fusió ormal (º) 0 85,5 a) La sustacia co fuerzas itermoleculares más itesas. b) El tipo de fuerzas itermoleculares que preseta cada ua de las sustacias. a) La presecia de fuerzas itermoleculares hace que sea ecesario mayor aporte de eergía e los cambios de estado. De los datos de la tabla se deduce que esto ocurre e el agua, ya que sus cambios de estado ocurre a mayor temperatura (mayor eergía) que los cambios de estado del sulfuro de hidrógeo. b) omo ambas moléculas so polares, las posibles fuerzas itermoleculares so: Va der Waals y elace de hidrógeo. El elace de hidrógeo se da etre moléculas polares que cotiee u átomo de hidrógeo y u átomo pequeño y muy electroegativo (N, O, F). Luego, O preseta elace de hidrógeo. El S forma moléculas semejates a las del agua pero el átomo cetral S es más grade y meos electroegativo. Luego, S preseta elace Va der Waals. 4 Elace covalete 98

100 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Los putos de ebullició ormales del F y l so 9 K y 188 K, respectivamete. Los valores de la electroegatividad de los elemetos so: EN(F) 4,0; EN(l),0; EN(),1. Idica, de forma razoada: a) La sustacia que preseta las fuerzas itermoleculares más itesas. b) El tipo de fuerzas itermoleculares presetes e cada ua de las sustacias. a) La presecia de fuerzas itermoleculares hace que sea ecesario mayor aporte de eergía e los cambios de estado. De los datos dispoibles se deduce que so más itesas estas fuerzas e el F, ya que su puto de ebullició es más elevado (mayor eergía) que el del l. b) Siedo ambas moléculas polares, como puede fácilmete deducirse de los datos de electroegatividad, cabe esperar elaces de hidrógeo o fuerzas de Va der Walls. El elace de hidrógeo se da etre moléculas polares que cotiee u átomo de hidrógeo y u átomo pequeño y muy electroegativo, como el fluor; luego, F preseta elace de hidrógeo. E cambio, el cloro es más grade y meos electroegativo, por lo que o preseta elace de hidrógeo sio elace Va der Waals. Razoa cuál de las siguietes sustacias preseta uas fuerzas itermoleculares mayores: a) Amoiaco. b) Fosfao. c) Arsao. d) Agua. e) Gas hidrógeo. Explica cuáles so las cosecuecias de ello. Se puede licuar y solidificar todas las especies citadas? Razoa las causas. Amoiaco, N. Es ua molécula polar. Sus elaces está formados por u átomo de hidrógeo uido a u átomo pequeño y muy electroegativo. Por tato, las fuerzas itermoleculares que habrá etre ellas será de elace de hidrógeo. Fosfao, P. Es ua molécula polar. Sus elaces está formados por u átomo de hidrógeo uido a u átomo de fósforo, de mayor tamaño y meos electroegativo que el itrógeo, por lo que o preseta elace de hidrógeo sio elace Va der Waals. Arsao, As. Al igual que el fosfao, preseta elace Va der Waals. Agua, O. El agua, al igual que el amoiaco, preseta elace de hidrógeo. Gas hidrógeo,, forma u elace covalete apolar, luego su iteracció es de tipo Lodo. Los elaces de hidrógeo so las mayores fuerzas itermoleculares, así que agua y amoiaco so las sustacias que preseta estas fueras de mayor itesidad. Las sustacias que preseta elace de hidrógeo tiee putos de ebullició y de fusió más altos. Esto es así porque la eergía ecesaria para deshacer los elaces itermoleculares es mayor e aquellas sustacias que preseta elaces de hidrógeo. Sí, todas las sustacias se puede licuar y solidificar, ya que todas las sustacias preseta algú tipo de fuerza itermolecular ya sea fuerte o débil. Propiedades físicas e fució de las fuerzas de elace 54. Explica por qué: a) El agua tiee u puto de ebullició más alto que el sulfuro de dihidrógeo. b) 0 4 tiee u puto de ebullició más alto que a) Las sustacias que preseta elace de hidrógeo, como el agua, tiee putos de ebullició y de fusió más altos. Esto es así porque la eergía ecesaria para deshacer los elaces itermoleculares es mayor e aquellas sustacias que preseta elaces de hidrógeo, o como el sulfuro de dihidrógeo que preseta elace de Va der Waals. 4 Elace covalete 99

101 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Estas moléculas o so polares, por lo que sus iteraccioes sería de tipo Lodo (dispersió). Estas fuerzas so mayores a medida que aumeta la masa molecular de la sustacia. Por tato, la temperatura de ebullició del 04 será mayor que la del 410 debido a que su masa molar es mayor. 55. otesta, razoado la respuesta, sobre las especies químicas Nal, l, 4 y Fe: a) Qué tipo de elace cabe esperar e cada ua? b) uál será el estado de agregació de cada ua? c) uáles se disolverá e agua? a) Tipo de elace: El cloruro de sodio, Nal, es u sólido ióico formado por catioes Na y aioes l uidos por fuerzas electrostáticas. El Na cede u electró al l, estableciedo ua estructura de red tridimesioal co ioes e los udos. No hay fuerzas itermoleculares porque o hay moléculas. El cloro, l, es ua molécula covalete gaseosa. Los átomos de cloro se ecuetra uidos por u elace covalete e el que comparte u par de electroes. Las múltiples moléculas se ecuetra uidas por fuerzas tipo Lodo (dipolo istatáeo - dipolo iducido). El metao, 4, es ua molécula covalete gaseosa. El átomo de carboo se ecuetra uido por elaces covaletes co cada hidrógeo, comparte 4 pares de electroes. Las múltiples moléculas se ecuetra uidas por iteraccioes de tipo Lodo (dispersió) al ser ua molécula apolar. ierro, Fe, es u sólido metálico formado por catioes imersos e u mar de electroes uidos por fuerzas electrostáticas estableciedo ua red metálica. No hay uioes itermoleculares ya que o hay moléculas. a) Estado de agregació supoiedo codicioes ormales: Nal. Sólido. l. Gaseoso. 4. Gaseoso. Fe. Solido. b) Solubles: Nal. Soluble. l. Isoluble e disolvetes polares como el agua. 4. Isoluble e disolvetes polares como el agua. Fe. Isoluble. 56. Dados los compuestos NaF, 4 y O: a) Idica el tipo de elace. b) Ordea de mayor a meor segú su puto de ebullició, razoado la respuesta. c) Justifica la solubilidad o o e agua. a) Tipo de elace: El fluoruro de sodio, NaF, es u sólido ióico formado por catioes Na y aioes F uidos por fuerzas electrostáticas. El Na cede u electró al l, estableciedo ua estructura de red tridimesioal co ioes e los udos. No hay fuerzas itermoleculares porque o hay moléculas. El metao, 4, es ua molécula covalete gaseosa. El átomo de carboo se ecuetra uido por elace covalete co cada hidrógeo, comparte 4 pares de electroes. Las múltiples moléculas se ecuetra uidas por iteraccioes de tipo Lodo (dispersió) al ser ua molécula apolar. El metaol, O, es ua molécula covalete. El átomo de carboo se ecuetra uido por elaces covaletes a cada hidrógeo y al radical O. Las fuerzas que se establece etre las moléculas so del tipo elace de hidrógeo, al teer el grupo fucioal O. Esto le permite permaecer e estado líquido a temperatura ambiete. 4 Elace covalete 100

102 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) La temperatura de ebullició depede del tipo de fuerzas itermoleculares que segú el orde de itesidad es: Mayor temperatura de fusió y ebullició Meor Sólido covalete > Sólido metálico > Sólido ióico > Elace de hidrógeo > Va der Waals > Lodo Mayor fuerza de elace Meor La respuesta correcta sería: NaF (sólido ióico) O (elace hidrógeo) 4 (Lodo) c) La solubilidad e el agua es posible gracias a la polaridad de las moléculas del soluto. Ua molécula polar se disuelve bie e agua, ua molécula apolar o se disuelve. Segú esto: NaF, soluble. 4, isoluble. O, soluble Explica razoadamete qué tipo de elace o fuerzas itermoleculares se ha de superar para fudir los siguietes compuestos: sulfato de sodio, dióxido de carboo, metao y alumiio. uál es su estado de agregació a 5 º? Justifica la respuesta. Sulfato de sodio, Na SO 4, es u sólido ióico formado por catioes Na y aioes SO 4 uidos por fuerzas electrostáticas. ada átomo de sodio cede su electró al aió, estableciedo ua estructura de red tridimesioal co ioes e los udos. Luego, se tedría que romper los elaces ióicos etre los aioes y los catioes. No hay fuerzas itermoleculares porque o hay moléculas. Dióxido de carboo, O, es ua molécula covalete gaseosa. El átomo de carboo se ecuetra uido por elace covalete doble co cada oxígeo, comparte 4 pares de electroes. Las múltiples moléculas se ecuetra uidas por iteraccioes de tipo Lodo (dispersió) al ser ua molécula apolar. Luego, se tedría que romper las uioes itermoleculares (fuerzas de Lodo) y uca se rompería los elaces covaletes e el iterior de la molécula. El metao, 4, es ua molécula covalete gaseosa. El átomo de carboo se ecuetra uido por elace covalete co cada hidrógeo, comparte 4 pares de electroes. Las múltiples moléculas se ecuetra uidas por iteraccioes de tipo Lodo (dispersió) al ser ua molécula apolar. Luego, se tedría que romper las uioes itermoleculares (fuerzas de Lodo) y uca se rompería los elaces covaletes e el iterior de la molécula. Alumiio, Al, es u sólido metálico formado por catioes imersos e u mar de electroes uidos por fuerzas electrostáticas estableciedo ua red metálica. Luego, sería ecesario romper la red metálica, o hay uioes itermoleculares ya que o hay moléculas. A temperatura ambiete, 5 º, el sulfato de sodio y el alumiio so sólidos y el dióxido de carboo y el metao so gases. osidera las sustacias Br, F, Al y KI. a) Idica el tipo de elace que preseta cada ua de ellas. b) Justifica si coduce la corriete eléctrica a temperatura ambiete. c) Escribe las estructuras de Lewis de aquellas que sea covaletes. d) Justifica si F puede formar elaces de hidrógeo. a) Tipo de elace: El bromo, Br, es ua molécula covalete gaseosa. Los átomos de bromo se ecuetra uidos por u elace covalete e el que comparte u par de electroes. 4 Elace covalete 101

103 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Fluoruro de hidrógeo, F: forma u elace covalete polar. Los átomos de y F tiee diferete electroegatividad y comparte u par de electroes. Alumiio, Al, es u sólido metálico formado por catioes imersos e u mar de electroes uidos por fuerzas electrostáticas estableciedo ua red metálica. Luego, sería ecesario romper la red metálica, o hay uioes itermoleculares ya que o hay moléculas. El yoduro de potasio, KI, es u sólido ióico formado por catioes K y aioes I uidos por fuerzas electrostáticas. El K cede u electró al I, estableciedo ua estructura de red tridimesioal co ioes e los udos. No hay fuerzas itermoleculares porque o hay moléculas. b) oductividad eléctrica: Br. Nula. F. Prácticamete ula e estado puro. O coductora, e disolucioes apropiadas (e O). Al. oductividad eléctrica alta. KI. Alta (fudida o e solució), co descomposició de la sustacia (electrolisis). c) Represetamos la estructura Lewis de las sustacias covaletes: Br y F. Br Br F d) Las moléculas se ecuetra uidas por elace de hidrógeo ya que so polares y cotiee u átomo de hidrógeo y u átomo pequeño y muy electroegativo, flúor Explica por qué las siguietes frases so verdaderas. a) El cloruro de sodio fude a 800 º, mietras que el l es gaseoso a temperatura ambiete. b) El diamate está formado solo por átomos de carboo y o coduce la electricidad. a) La temperatura de fusió de los sólidos cristalios, como el Nal (solido ióico), siempre será mayores que para los compuestos moleculares como el l (molécula covalete), ya que la temperatura de fusió será mayor cuato mayor sea la fuerza de elace. Además, las moléculas de cloro se ecuetra uidas por fuerzas tipo Lodo (dipolo istatáeo-dipolo iducido) que so las fuerzas itermoleculares más débiles, de ahí que se ecuetre e estado gaseoso a temperatura ambiete. b) El diamate es u sólido cristalio covalete formado por átomos de carboo. Debido a su estructura compacta o coduce la electricidad al o haber movilidad electróica a través de los elaces de los átomos. Dados los compuestos SiO, Mgl y l 4, respode razoadamete a las siguietes pregutas: a) Qué compuesto es soluble e beceo? b) Qué fuerzas se ha de romper para disolver Mgl (s) e agua? c) Qué fuerzas hay que romper para evaporar l 4(l)? d) Qué compuesto es el más duro de los tres? a) El beceo es ua molécula covalete apolar. Vemos las características de los compuestos y estudiamos la solubilidad de estos e beceo. El SiO es ua red cristalia covalete, es decir, la etidad míima que compoe la sustacia es u átomo. Los compuestos atómicos o se disuelve debido a su estructura compacta. Mgl es u sólido ióico. Los sólidos ióicos e geeral so solubles e disolvetes polares. Luego, Mgl o es soluble e beceo. l 4 es ua molécula covalete apolar. Las moléculas covaletes apolares so solubles e disolvetes apolares. Luego, l 4 es soluble e beceo. b) Mgl es u sólido ióico formado por catioes Mg y aioes l uidos por fuerzas electrostáticas. El Mg cede dos electroes, uo a cada l, estableciedo ua estructura de red tridimesioal co ioes e los udos. Luego, se tedría que romper los elaces ióicos etre los aioes y los catioes. No habría fuerzas itermoleculares porque o hay moléculas. 4 Elace covalete 10

104 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Para pasar de l 4(l) a l 4(g) hay que romper las fuerzas que matiee uidas a las moléculas, e este caso, al tratarse de moléculas covaletes apolares, las fuerzas itermoleculares tipo Lodo. d) El que tiee mayor fuerza de elace y, por cosiguiete, más dureza. El SiO, que es u sólido covalete. 61. Para las siguietes sustacias: cloruro de sodio, agua, oxígeo y cobre: a) Ordéalas e fució de su puto de fusió, justificado la respuesta co el tipo de elace y fuerzas itermoleculares presetes e cada ua de ellas. b) Idica cuáles de ellas está costituidas e estado sólido por moléculas, cuáles por átomos y cuáles por ioes. a) El orde de las temperaturas de cambio de estado depede de la itesidad de las fuerzas que ue las partículas: Mayor temperatura de fusió y ebullició Meor Sólido covalete > Sólido metálico > Sólido ióico > Elace de hidrógeo > Va der Waals > Lodo Mayor fuerza de elace Meor La respuesta correcta sería: u (sólido metálico) Nal (sólido ióico) O (elace de hidrógeo) O (Lodo) b) Nal: sólido ióico formado por catioes Na y aioes l. O: moléculas covalete polares. O : moléculas covaletes apolares. u: sólido metálico formado por catioes imersos e u mar de electroes uidos por fuerzas electrostáticas estableciedo ua red metálica. QUÍMIA EN TU VIDA (págia 1) Qué papel desempeña el secador al peiarse después de ua ducha o u baño. rea calor y ambiete húmedo que rompe los puetes salios, lo que hace que el cabello sea moldeable. Además, si utilizamos el secador para secar el pelo la alfa queratia del pelo se puede trasformar e beta queratia. Ivestiga sobre la fortaleza de los diferetes tipos de elace químico e el iterior del cabello. Las fibras del cabello está compuestas por cietos de amioácidos que se ue logitudialmete mediate elaces covaletes e los llamados elaces peptídicos (estructura primaria). So los elaces más fuertes. La cadea de amioácidos se ordea e espiral gracias a los elaces de hidrógeo e diferetes putos de la misma cadea (estructura secudaria). Además, las cadeas tambié está uidas mediate cuatro tipos pricipales de elaces trasversales de cadea a cadea: Elaces de azufre: formados por átomos de azufre. So relativamete fuertes, so los pricipales resposables de la resistecia atural que ofrece el cabello a los tratamietos químicos. Elaces salios o electrovaletes: so los más fuertes, ue trasversalmete las cargas positivas y egativas de las cadeas de amioácidos. Fuerzas de Va der Waals: so las más débiles. Estos elaces ue la cadea de amioácidos de la corteza. La queratia es la proteía estructural para cabello y uñas. Además, otros aimales tiee tejidos co esta proteía estructural. Ivestiga y haz ua lista de dóde se ecuetra la queratia e otros aimales. 4 Elace covalete 10

105 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La queratia costituye la parte fudametal de las capas más exteras de la epidermis de los vertebrados y de sus derivados, como plumas, pelos, cueros, uñas, pezuñas, etc., a la que debe su resistecia y su dureza. Es posible moldear el cabello a volutad ua sola vez para dejarlo permaetemete e la forma deseada? La respuesta es o, pues las codicioes de humedad ifluye e el comportamieto de los puetes salios o los puetes disulfuro. La humedad es variable y, por tato, el moldeado o es permaete más que por uos pocos días. Qué hace que la cosistecia del cabello sea diferete de uas persoas a otras? La firmeza del cabello se debe a ua macromolécula llamada queratia. El pelo será más cosistete si el supererollamieto matiee uidas las dos queratias. Pero si el ambiete favorece la ruptura de los puetes salios, o los disulfuro, esta estructura se debilita y el cabello se hace moldeable. Los cosméticos empleados para deshacer y recostruir los puetes disulfuro, puede ser perjudiciales? Respuesta abierta. 4 Elace covalete 104

106 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 5 iética química 5 iética química 105

107 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 5 iética química 106

108 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO iética química 5 PARA OMENZAR (págia 1) Ivestiga qué papel desempeña las proteasas y las lipasas e el proceso de digestió de cualquier ser vivo. Las proteasas y las lipasas so ezimas digestivas aturales que se ecuetra e el cuerpo y e los alimetos. Las ezimas so los catalizadores producidos por los seres vivos que sirve para acelerar reaccioes químicas propias de la vida. Estas ezimas os ayuda a digerir y fragmetar los alimetos que cosumimos y facilita la absorció de los utrietes que cotiee los alimetos. E cocreto, la proteasa ayuda a descompoer las proteías y la lipasa ayuda a descompoer las grasas e el cuerpo. La igeiería química, juto co la igeiería geética, ha permitido grades avaces. Qué otras disciplias colabora para procurar avaces cietíficos y tecológicos? La respuesta es muy abierta. omo ejemplo, cualquier rama de la ciecia y la iformática colabora. Los modelos matemáticos que produce la ivestigació cietífica so reproducidos por los iformáticos para hacer proósticos o cotrastar modelos o filtros. ATIVIDADES (págia 18) 1.. Escribe la expresió de la velocidad istatáea para la siguiete reacció química referida a la formació de productos: g g g 4 NO O N O 5 El oxígeo molecular e u istate dado se está cosumiedo co ua velocidad de 0,04 mol L 1 s 1. o qué velocidad se está formado e ese mismo istate el producto NO 5? Escribe las expresioes de la velocidad istatáea para la reacció: 1 d NO d O 1 d N O v 4 dt dt dt 5 Sustituye los datos coocidos (la velocidad dada es egativa, pues el euciado afirma que se está cosumiedo) y calcula la velocidad de formació pedida: 1 1 d O d NO 5 d NO 5 v 0,04 moll s 0,048 moll s dt dt dt E la reacció A productos se ecuetra que: t 71,5 s; [A] 0,485 M t 8,4 s; [A] 0,474 M uál es la velocidad media de la reacció durate este itervalo de tiempo? La velocidad media es igual a: Sustituye los datos: v m v m 0,474 0,485 moll 8,4 71,5 s A t 1 1,010 moll s 1 1 El sigo meos os idica que el reactivo A está desapareciedo. La velocidad de reacció media es positiva, pues se refiere a la reacció completa. 5 iética química 107

109 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO. 4. Escribe las expresioes de la velocidad media para las siguietes reaccioes: a) Fe 6 l Fel b) NO4 NO c) NaBr 4 NO Br NO NaNO O a) b) c) v v v m m m Fe l Fel t 6 t t t N O 1 NO t 4 t NaBr NO Br NO NaNO O t 4 t t t t t Escribe la expresió de la velocidad istatáea para las siguietes reaccioes químicas: a) u 8 NO u(no ) NO 4 O b) a(o) l al O c) I I a) b) c) 1 d u 1 d NO 1 d u(no ) 1 d NO 1 d O v dt 8 dt dt dt 4 dt 1 1 d a(o) d l d al d O v dt dt dt dt 1 d I d I d v dt dt dt ATIVIDADES (págia 140) Tres reaccioes tiee las siguietes eergías de activació: 145, 10 y 48 kj. Idica, razoado la respuesta, cuál será la reacció más leta y cuál la más rápida. La reacció química solo comezará cuado los reactivos posea ua eergía igual a la eergía de activació; por eso, cuato mayor sea esta, meor será la velocidad de la reacció. Segú este razoamieto, la reacció más leta será la de eergía de activació mayor, 10 kj, y la más rápida, la de eergía de activació meor, 48 k. Expresa co u diagrama de etalpías el trascurso de la reacció de descomposició A B, que es exotérmica, y marca e el gráfico: la eergía de activació, la eergía de reacció, el estado de complejo activado y la eergía de activació de la reacció iversa B A. La variació de eergía de la reacció,, es igual a la diferecia etre la eergía de activació de la reacció directa, E, y la eergía de activació de la reacció iversa, E : a a E. a Ea Al ser exotérmica debe ser 0. Eergía [B] E a E a B A Avace de la reacció 5 iética química 108

110 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 14) 7. A la reacció Ag Bg g le correspode la ecuació de velocidad: vk B. a) uál es el orde parcial de la reacció respecto a A? Y respecto de B? uál es el orde global de la reacció? b) ómo varía la velocidad de reacció si se reduce a la mitad la cocetració de A mateiedo costate la cocetració de B? c) ómo varía la velocidad de reacció si la cocetració de B se hace el doble? a) De la ecuació de la velocidad B parcial de la reacció respecto a B es. v k se deduce que el orde parcial de la reacció respecto a A es 0 y el orde El orde global de la reacció será la suma de los órdees parciales: o total 0. b) Si se reduce a la mitad la cocetració del reactivo A mateiedo costate la cocetració del reactivo B, la velocidad de la reacció o varía ya que la velocidad de la reacció es idepediete de la cocetració de A. c) La velocidad de la reacció es directamete proporcioal al cuadrado de la cocetració de B; por tato, si la cocetració de B se duplica, la velocidad de la reacció se cuadruplica: 4k v k B B 4v 8. Dada la reacció: g g NO lg NO l. a) Experimetalmete se ha obteido que la reacció aterior es de orde respecto del NO y de orde 1 respecto del cloro. Escribe la ecuació de velocidad para la citada reacció e idica el orde total de la reacció. b) Deduce las uidades de la costate de velocidad de la reacció aterior. a) La ecuació de velocidad es: m v k NO l. El euciado del problema os idica que es de segudo orde respecto del NO, luego ; y de primer orde respecto al cloro, luego m 1. La ecuació queda: v k NO l El orde total será la suma de los órdees parciales: ototal m 1. b) Para hallar las uidades de la costate de velocidad, despejamos esta de la ecuació de velocidad y sustituimos las uidades correspodietes: v mol L s mol L s v k NO l k 1 1 NO l moll moll mol L moll 1 mol L s 1 ATIVIDADES (págia 144) 9. La reacció NO O N se ha estudiado mediate tres experimetos. E cada uo se ha determiado la velocidad de la reacció para diferetes cocetracioes iiciales de reactivos. A partir de los resultados e la tabla, determia la ecuació de la velocidad. [ ] 0 (mol L 1 ) [NO] 0 (mol L 1 ) Velocidad (mol L 1 s 1 ) Experimeto 1 1,8 10,1 10 5, Experimeto,6 10, , Experimeto 1,8 10 6, 10 4, E primer lugar calcula el orde de reacció respecto al reactivo gas hidrógeo. Para ello, busca u experimeto dode se matega costate la cocetració de NO y varíe la cocetració de. Esto ocurre co los experimetos 1 y. 5 iética química 109

111 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Utiliza la expresió de la velocidad y sustituye los datos coocidos: m 5 Experimeto 1: v 1 = k NO 5,4 10 k 1, 8 10,1 10 m 5 Experimeto : v k NO 10,8 10 k,6 10,1 10 Divide ambas expresioes (la seguda por la primera) y simplifica: 5 10,8 10 5, m,1 10 m,1 10 k,6 10 k 1,8 10 Por tato, el orde parcial de la reacció respecto al gas hidrógeo es uo. m m,6 1 1,8 De forma aáloga calcula el orde de reacció respecto al reactivo NO. Para ello, elige los experimetos 1 y, e los que se matiee costate la cocetració de gas hidrógeo. m 5 Experimeto 1: v 1 = k NO 5,4 10 k 1, 8 10,1 10 m 4 Experimeto : v = k NO 4,9 10 k 1, , 10 Divide ambas expresioes y simplifica: 4,8610 5, k 1,810 k 1,810 6, 10,1 10 m m Luego, la reacció es de segudo el orde respecto al moóxido de itrógeo. La ecuació de la velocidad es de la forma: NO v k m m m 6, m 9 m,1 Para calcular el valor de la costate de velocidad utiliza la ecuació de la velocidad y despeja k: NO v = k k NO v Sustituye los datos de cualquiera de los tres experimetos, por ejemplo el primero, y opera: k 5, moll s 1 1 1,8 10 moll, 110 moll 68,0 mol L s 1 Para hallar las uidades de la costate de velocidad o podemos olvidar escribir los datos co sus correspodietes uidades y simplificar. 10. La ecuació de la velocidad es vk NO para la reacció e fase gaseosa: O NO O NO Justifica si so verdaderas o falsas las siguietes afirmacioes: a) La velocidad de desaparició del O es igual que la de desaparició del NO. b) La costate de velocidad o depede de la temperatura porque la reacció se produce e fase gaseosa. c) El orde total de la reacció es dos. d O a) Verdadera. Segú se deduce de la expresió de la velocidad istatáea v dt dno b) Falsa. La costate de velocidad depede de la temperatura segú se refleja e la ecuació de Arrheius: dt. k A e Ea RT 5 iética química 110

112 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Verdadera. Segú la ecuació de velocidad, v k NO, vemos que la velocidad depede de la cocetració de NO y su orde parcial es dos, que se correspode co el orde total. ATIVIDADES (págia 149) Defie la velocidad de reaccioa química. Qué factores pricipales ifluye e ella? Para ua reacció homogéea etre gases o etre reactivos e disolució, la velocidad media, v m, se defie como el cociete etre la variació de la cocetració, expresada e mol L 1, de uo de los reactivos o productos y el itervalo de tiempo, expresado e segudos, e el que se produce dicha variació. v m Reactivos o Productos Los factores pricipales que ifluye e la velocidad de ua reacció so: ocetració de los reactivos. Naturaleza, estado físico y grado de divisió de los reactivos. Propiedades químicas de los reactivos. Presió de los reactivos. Estado físico y grado de divisió de los reactivos. Temperatura de reacció. Presecia de catalizadores. Segú las características básicas de u catalizador, justifica si es cierto o falso que: a) U proceso o espotáeo se favorece por la presecia de u catalizador. b) U catalizador acelera por igual la reacció directa como la iversa. c) U catalizador es u reactivo más e iterviee e la reacció química global. d) E geeral, los catalizadores so muy específicos; activa ua reacció e cocreto y o otras. a) Falso. El catalizador o afecta a la espotaeidad de u proceso, solo afecta a la eergía de activació. b) Verdadero. Los catalizadores actúa tato e la reacció directa como iversa. c) Falso. Los catalizadores o so i productos i reactivos y o se cosume durate el proceso. d) Verdadero. E geeral, los catalizadores so muy específicos, solo acelera ua reacció e cocreto. (Por otra parte, se puede cosiderar falsa la afirmació, pues hay alguos catalizadores o específicos que acelera varias reaccioes semejates). Solo uo de estos factores ifluye e la costate ciética. uál es? Justifica tu respuesta. a) La cocetració de los reactivos. b) La cocetració de los productos. c) La temperatura. El valor de la costate ciética depede de la temperatura, como puede verse e la ecuació de Arrheius, y de la posible presecia de u catalizador. La úica solució correcta es la c). Para ua reacció etre los reactivos A y B, la costate de velocidad a 7 º es 0,85 mol 1 L s 1 y a 44 º es 16,0 mol 1 L s 1. alcula la eergía de activació y el factor de frecuecia. Dato: R 8,1 10 kj K 1 mol 1 Dada la ecuació de Arrheius e su forma logarítmica: t Ea 1 l k l A R T 5 iética química 111

113 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la diferecia para las dos temperaturas restado ambas expresioes: Ea 1 1 k Ea 1 1 l kl k1 l R T1 T k1 R T1 T Despeja la eergía de activació: E a RT T k l T T k Sustituye los datos y opera: E a 8, ,0 l 114,7 kjmol ,85 E la ecuació de Arrheius, e su forma expoecial, despeja el factor de frecuecia: Ea Ea k RT RT e Ea RT k Ae A k Sustituye los datos para ua de las dos temperaturas, por ejemplo, para 7 º: e 114,7 8, A 0,85e,7710 mol Ls ATIVIDADES (págia 15) 15. Se ha ecotrado experimetalmete que la reacció: g g g NO O NO es de segudo orde respecto a NO y de primer orde respecto a O. De los siguietes mecaismos, cuál es compatible co la ecuació de velocidad? a) NOg O g NO g b) NO NO rápido N O O NO leto c) NO N O rápido N O NO (leto) La ecuació de velocidad de a), que es u proceso elemetal, será: experimetalmete. v k NO O, compatible co lo hallado La ecuació de velocidad de b) será la de la etapa más leta, que es la limitate de la velocidad: N O O v k. omo N O es u itermedio calcula su cocetració a través de la expresió de la costate de equilibrio de la reacció rápida: NO kc k NO N O NO c Sustituye la expresió aterior e la expresió de la velocidad de la etapa más leta: N O O k NO O NO O v k k v k c Se ve que tambié es compatible co lo hallado experimetalmete. La ecuació de velocidad de c) será la de la etapa más leta, que es la limitate de la velocidad: v k N O. omo N es u itermedio, calcula su cocetració a través de la expresió de la costate de equilibrio de la reacció rápida: 5 iética química 11

114 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO NO N O NO kc N k c O Sustituye la expresió aterior e la expresió de la velocidad de la etapa más leta: NO v kn O kkc O v kno O O Vemos que tambié es compatible co lo hallado experimetalmete. Las tres so compatibles, siedo la meos probable la a), ya que e ella se tiee que producir el choque de tres moléculas. 16. La velocidad de reducció del moóxido de itrógeo es segú la ecuació v k La reacció global del proceso es: a) alcula el orde respecto de cada reactivo. g g g g NO N O NO. b) Qué sería más iteresate para aumetar la velocidad del proceso: duplicar la cocetració de moóxido de itrógeo o cuadruplicar la cocetració de hidrógeo? a) De la expresió de la velocidad se deduce que es de segudo orde respecto al NO y de primer orde respecto al hidrógeo. b) E este caso, tato si se duplica la cocetració de NO como si se cuadruplica la cocetració de hidrógeo, la velocidad del proceso se cuadruplicará: NO NO NO 4 NO v k 4k 4v v k 4k 4v ATIVIDADES FINALES (págia 159) iética química. Velocidad de reacció 17. La reacció A B P se desarrolla a la velocidad que idica la siguiete ecuació: correcta de etre las cuatro siguietes? a) La velocidad de formació de P es la mitad que la velocidad de desaparició de B. b) La costate de velocidad depede solo de la cocetració de B. c) La velocidad de formació de P coicide co la velocidad de desaparició de B. d) El orde total de reacció es. a) Falso. E esta reacció se cumple: A 1 d d B d P v dt dt dt La velocidad de desaparició de B coicide co la velocidad de aparició de P. vk B. uál es la frase b) Falso. La costate de velocidad depede del tipo de reacció, de la temperatura y de la presecia de catalizadores. No depede de la cocetració de las especies químicas e la reacció. c) Verdadero. Tal y como hemos visto e el apartado a). d) Falso. El orde total de reacció es. 18. E la reacció de formació del amoiaco: g g g N N 5 iética química 11

115 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO e u determiado mometo, el hidrógeo está desapareciedo a la velocidad de 0,06 mol L 1 s 1. a) A qué velocidad desaparece el itrógeo? b) A qué velocidad se forma el amoiaco? Escribe las expresioes de la velocidad istatáea para la reacció: a) Despeja la velocidad pedida y sustituye los datos: 1 d d N 1 d N v dt dt dt d d N d N 1 0,06mol L s 0,0 moll s dt dt dt Ambas velocidades so del mismo sigo pues ambas sustacias se cosume. b) Del mismo modo calcula la velocidad co la que se forma el amoiaco e dicho istate: 1 d 1 d N d N 1 1 dt dt dt 1 1 0,04 mol L 0,06mol L s s Las velocidades so de distito sigo, pues ua sustacia se cosume y la otra se forma. 19. La siguiete gráfica fue realizada a partir de datos experimetales. Muestra la variació de la cocetració del agua oxigeada e fució del tiempo al descompoerse e agua y oxígeo gaseoso. uál será la velocidad media de descomposició del agua oxigeada e los itervalos I, II y III? Segú la defiició de velocidad media: v m O t Lee los datos e la gráfica y sustituye los valores dode correspoda para cada itervalo: 1,0 0,5 0,0 [ O ] (mol L 1 ) I II III t (mi) I. v m, I 1 0,50,8 moll 60 s 10 0 mi 1 mi 510 mol L s II. v m, II 1 0,0,5 moll 60 s 0 10 mi 1 mi,10 mol Ls III. v m, III 1 0,0, moll 60 s 0 0 mi 1 mi 1,610 mol L s Observa que el sigo idica que la velocidad es de descomposició, la cocetració de agua oxigeada es cada vez meor. Además, es más ateuada a medida que avaza el tiempo, lo que viee expresado co valor absoluto meor. ómo ocurre las reaccioes químicas? 0. Para la reacció reversible: AB D, la variació de etalpía de la reacció directa es de 56 kj mol 1. La eergía de activació de la reacció directa es de 18 kj mol 1. a) uál es la eergía de activació de la reacció iversa? b) az u esquema del diagrama eergético de la reacció. 5 iética química 114

116 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a, b) Vemos que es ua reacció edotérmica, ya que preseta ua etalpía positiva. El diagrama eergético de este tipo de reaccioes es: Eergía omplejo activado D A B E el diagrama observa que: E E a a. Avace de la reacció Despeja y calcula la eergía de activació iversa: E E 18kJmol 6 kjmol 8 kjmol a a 5 1. Justifica si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) Para ua reacció exotérmica, la eergía de activació de la reacció directa es meor que la eergía de activació de la reacció iversa. b) La velocidad de la reacció o depede de la temperatura. a) Verdadera. Tal y como se ve e la gráfica, e ua reacció exotérmica se cumple: E E Eergía omplejo activado E a E a a a. Reactivos alor liberado Productos Avace de la reacció b) Falsa. La velocidad de reacció depede de la temperatura, ya que segú la teoría de las colisioes, al aumetar esta aumeta la eergía ciética de las partículas, aumeta la frecuecia de las colisioes y, por tato, la velocidad. Además, la velocidad depede de la costate de velocidad, y esta depede de la temperatura. ATIVIDADES FINALES (págia 160). osidera la reacció A B. Sabiedo que las eergías de activació para las reaccioes de formació y de descomposició de B, represetadas por los setidos () y (), so, respectivamete, 5,0 y 0,0 kj mol 1, dibuja la gráfica que represeta la reacció y calcula la variació para la reacció global. Represeta gráficamete la evolució de eergía de cada estado: Eergía omplejo activado E a = 5 kj mol 1 E a = 0 kj mol 1 A B Avace de la reacció 5 iética química 115

117 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E la gráfica se ve que se trata de ua reacció exotérmica. El valor de la etalpía será: E kjmol a Ea Ea Ea 5kJ mol 0 kj mol 1. A partir de la siguiete gráfica, calcula la eergía de activació y la variació de etalpía de la reacció: A B D 0 E (kcal mol 1 ) Tal y como puedes leer e la gráfica, la eergía de activació directa se obtiee como la diferecia etre la eergía del complejo activado, el máximo de 1 la curva E complejo activado 0kcal mol, y la eergía de los reactivos, primer ivel estable e la evolució 1 temporal E reactivos 0kcal mol : 0 10 A B D t (s) E E E 1 1 a complejo activado reactivos 0 kcalmol 0 kcalmo l 10 kcal mol Lee de modo similar la gráfica del euciado. alcula la variació de etalpía como la diferecia etre la eergía de los productos, productos kcal mol,kcal mol E, y la de los reactivos: 1 Eproductos Ereactivo s kcalmol kcal, 0 mol Su valor egativo cofirma que se trata de ua reacció exotérmica. 1 16,6 kcal mol Qué es la eergía de activació e ua reacció química? osidera el caso: I I. Tiee la eergía de activació algua relació co la velocidad de la reacció o co la etalpía de la reacció? La eergía de activació es la eergía míima que las moléculas de reactivo debe poseer para que al colisioar llegue a formar el complejo activado. La reacció solo comezará cuado los reactivos posea esta eergía de activació. Por eso, cuato mayor sea esta, meor será la velocidad de ua reacció química. Para el caso de la reacció que os propoe: La eergía de activació o está relacioada co la etalpía de reacció, ya que esta última solo depede de la eergía iicial de los reactivos y la fial de los productos, y o del camio por el que trascurre la reacció. Eergía Reactivos omplejo activado E a = 40 kcal mol 1 Productos Avace de la reacció 5. Dibuja u diagrama eergético para la evolució de ua reacció exotérmica. Muestra e este diagrama las eergías de activació del proceso directo y del proceso iverso. Muestra tambié cómo ifluiría la presecia de u catalizador y cómo calcular el cambio eergético eto e la reacció. E la gráfica se muestra co trazo cotiuo el avace de la reacció e ausecia de catalizador, y co trazo discotiuo, e presecia de catalizador. Tambié se muestra la eergía de activació directa, co y si catalizador Ea,cat y E a, y la eergía de activació iversa, co y si catalizador E y E. Observa e la gráfica que la variació de a,cat a etalpía puede obteerse como: E E. a a Eergía E a Reactivos E a,cat omplejo activado 0 E a,cat E a Productos Avace de la reacció 5 iética química 116

118 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6. La reacció A + B + D tiee 5 kj. uál de las siguietes afirmacioes sobre los valores de la eergía de activació es correcta? a) E a 5 kj b) E a 5 kj c) E a 5 kj d) E a 5 kj Razoa tu respuesta. Al teer 0, la eergía de los productos será mayor que la de los reactivos y, tal y como se observa e la gráfica, la eergía del complejo activado ha de ser aú mayor, luego: La correcta es la d). E a E a 5 kj. Eergía E a Reactivos omplejo activado 0 E a Productos Avace de la reacció Idica, justificado brevemete la respuesta, si so ciertas o falsas las siguietes afirmacioes: a) E cualquier reacció química, todos los reactivos desaparece a la misma velocidad. b) El valor de la velocidad de reacció depede del reactivo utilizado para expresarla. c) Uas posibles uidades de la velocidad de reacció so: mol L 1 s 1. a) Falso. Por ejemplo e la reacció A B la velocidad co la que desaparece el reactivo B es mayor que la velocidad co la que desaparece el reactivo A, e cocreto es el doble, como se puede ver e la expresió de la velocidad istatáea de la reacció: 1 d A d B d v dt dt dt b) Falso. E el mismo ejemplo de reacció de ates puede verse cómo se calcula la misma velocidad de reacció idepedietemete del reactivo del que se trate, icluso del producto. c) Verdadero. Observamos el cálculo e uidades: v La combustió del butao se produce segú la ecuació: m A 1 1 moll moll vm moll t s g g g g 1 O 8 O 10 O 4 10 Si se cosume 4 mol de butao cada 0 miutos de reacció, qué catidad de dióxido de carboo se producirá e 1 hora? La expresió de la velocidad teiedo e cueta el butao cosumido y el O producido es: 1 1 O v t 8 t Despejado la velocidad de formació del dióxido de carboo: 4 10 O 8 4 t t t s iética química 117

119 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Se cosume 4 mol de butao (sigo egativo) e u volume descoocido durate 0 miutos: 4 10 t 4 mol mol 0, V mi 0 mi V Por eso la velocidad de formació del dióxido de carboo, e el mismo volume descoocido, es: mol mol 0, 0,8 O mi mi t t V V E ua hora (60 mi) la variació e la cocetració de dióxido de carboo formado: mol 0,8 O 4,8 mol O mi t 60 mi t V V Utiliza la defiició de cocetració para el volume descoocido co el que estábamos trabajado. O 4,8 mol O O V V 4,8 mol V V 4,8 mol Depedecia de la velocidad de reacció co la cocetració 9. La ecuació de la velocidad v k correspode a la reacció: g g N g otesta, justificado tu respuesta: NO O NO O O. a) Permaece costate la velocidad de la reacció durate el trascurso de la reacció química? b) uál es el orde total de la reacció? c) Qué factores puede modificar la velocidad de esta reacció? a) La velocidad de la reacció o permaece costate porque la velocidad depede de la cocetració de los reactivos y las cocetracioes de los reactivos va dismiuyedo a medida que trascurre la reacció. omo cosecuecia, la velocidad de reacció es cada vez meor. b) E la ecuació de la velocidad se puede ecotrar esta iformació. El expoete de la cocetració de moóxido de itrógeo es, es de segudo orde respecto del NO. El expoete de la cocetració de oxígeo es 1, es de primer orde respecto al oxígeo. El orde total será la suma de los órdees parciales: ototal m 1 c) Los factores que ifluye e la velocidad de ua reacció so: ocetració de los reactivos. Naturaleza, estado físico y grado de divisió de los reactivos. Temperatura de la reacció. Presecia de u catalizador. omo la reacció está e fase gaseosa, las sustacias so covaletes y o hay catalizador, los úicos factores que puede modificar la velocidad de esta reacció so: La cocetració de los reactivos que, como se deduce de la ecuació de velocidad, si aumeta la cocetració de los reactivos aumeta la velocidad de la reacció. La temperatura, la costate de velocidad depede de la temperatura segú se refleja e la ecuació de Ea RT Arrheius: k A e. Por tato, al aumetar la temperatura, aumeta el valor de k y, e cosecuecia, la velocidad de la reacció. 5 iética química 118

120 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 0. La reacció geérica: A B productos, se produce e ua úica etapa. Su costate de velocidad vale 0, mol L mi 1. uál es la velocidad de reacció si las cocetracioes de A y B so, respectivamete,,0 mol L 1 y,0 mol L 1? Al ser ua reacció e ua úica etapa, los coeficietes estequiométricos coicide co los órdees parciales, por lo que la ecuació de velocidad será: v k A B. Sustituyedo los datos se obtiee el valor de la velocidad: AB 0,mol L mi,0 mol L,0 moll v k 5,4 mol L mi Se ha obteido los siguietes datos para la reacció AB a ua temperatura fija: Experiecia [A] (mol L 1 ) [B] (mol L 1 ) v (mol L 1 s 1 ) I 0, 0, 5,4 10 II 0,4 0, 10,8 10 III 0,4 0,4 1,6 10 Determia el orde total de la reacció, la ecuació de la velocidad y la costate de la ecuació de la velocidad. La ecuació de velocidad debe teer la estructura: vk A B. E primer lugar calcula el orde de reacció respecto al reactivo A, busca dos experimetos dode se matega costate la cocetració de B y varíe la de A. Esto ocurre e los experimetos I y II. Utiliza la expresió de la velocidad y sustituye los datos de la tabla: m Experimeto I: v = ka B 5,4 10 k0, 0, I m m m Experimeto II: v = k B k0,4 0, II A 10,8 10 Divide ambas expresioes (la seguda de la primera) y simplifica: m 10,8 10 5,4 10 k 0,4 0, k 0, 0, m m 0,4 0, 1 El orde parcial de la reacció respecto al reactivo A es uo. De forma aáloga calcula el orde de reacció respecto al reactivo B; para ello, elige los experimetos II y III, que es e los que se matiee costate la cocetració de A. Experimeto II: v ka B 10,810 k0,4 0, II m m m m Experimeto III: v k B k 0,4 III A 1,6 10 0,4 Divide ambas expresioes y simplifica: 1, ,8 10 k k 0,4 0,4 m 0,4 0, m m 0,4 0, m m 1 La reacció será de primer orde respecto al reactivo B. Y el orde total será la suma de los órdees parciales: ototal m 11 5 iética química 119

121 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Para calcular la costate de velocidad utiliza la ecuació de la velocidad y despeja: A B v k k v AB Sustituye los datos de cualquiera de los tres experimetos, por ejemplo el primero, y opera: ,4 10 moll s 5,4 10 moll s k 0,15 mol L s 1 1 0,mol L 0,mol L 0,04mol L 1 1 ATIVIDADES (págia 161). Ua reacció química del tipo g Bg g A, a 5 º tiee ua costate ciética k mol 1 L s 1. otesta razoadamete a las siguietes pregutas: a) uál es el orde de la reacció? b) Por qué o coicide el orde de reacció co la estequiometría de la reacció? c) Qué uidades debería teer la costate ciética si la reacció fuera de orde 1? a) Escribe la ecuació de velocidad vk A ; e este caso, como solo hay u reactivo el orde total de la reacció coicide co el orde parcial respecto al reactivo A,. Para calcular despeja de la ecuació de la velocidad [A] y compara las uidades: v 1 A mol L k moll mol s 1 1 L s 1 1 Simplifica y deduce que el orde total de la reacció es : 1 moll mol L b) La determiació de la ecuació de velocidad siempre ha de realizarse de forma experimetal. Esto es porque, e geeral, las reaccioes ocurre e dos o más etapas (procesos elemetales) y o de forma directa, como se suele represetar. Solo e las reaccioes elemetales los expoetes de la ecuació de velocidad coicide co los coeficietes estequiométricos de este proceso ajustado. E cambio, e los procesos o elemetales, mecaismo de reacció, debe ser coherete co la estequiometría de la reacció global y justificar la ecuació de velocidad determiada experimetalmete. c) Escribe la ecuació de la velocidad supoiedo que la reacció es de orde 1 y despeja la costate ciética: v k A k v A az el cálculo co las uidades: k v A k moll 1 moll s 1 1 s 1. Observa la reacció A g B g AB g. Su velocidad obedece a la ecuació: v k Duplicado las cocetracioes de A y B, qué variació sufrirá la velocidad de la reacció? La ueva velocidad valdrá: A B. A B A 8 B v k k 16 v La velocidad será 16 veces mayor. 5 iética química 10

122 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E la siguiete reacció: g g N g N, el itrógeo está reaccioado de tal maera que desaparece a ua velocidad de 0, mol L 1 mi 1. a) alcula la velocidad a la que desaparece el hidrógeo y la velocidad a la que se forma el amoiaco. b) o los datos dispoibles, se puede propoer valores adecuados para x e y e la expresió de la velocidad de x y v N, o ecesitarías algua otra iformació? reacció a) Escribe las expresioes de la velocidad istatáea para la reacció: 1 d d N 1 d N v dt dt dt Sustituye los datos y calcula la velocidad de formació del hidrógeo e dicho istate: 1 d d N d 1 1 0,molL mi dt dt dt El sigo egativo idica la desaparició de gas hidrógeo. De igual maera, calcula la velocidad de formació del amoiaco: 1 d N d N d N 1 1 0,molL mi dt dt dt El sigo positivo idica la producció de amoiaco. 0,9 moll mi 1 1 0,6 moll mi 1 1 b) Los datos de órdees parciales ha de obteerse experimetalmete o coociedo el mecaismo por el que trascurre la reacció. o los datos que teemos o podemos coocer los valores de x e y. E la reacció de primer orde A productos, la cocetració iicial es [A] 0 0,816 mol L 1 ; y trascurridos 16 miutos la cocetració es [A] 1 0,6 mol L 1. a) uál es el valor de la costate de velocidad? b) uál es la vida media de esta reacció? c) uáto tiempo debe pasar para que [A] 0,5 M? d) uál será el valor de [A] trascurridas,5 h? a) La cocetració es ua fució de desitegració del tipo [A] t [A] 0 e ( t). oocida la cocetració iicial y la cocetració al cabo de 16 mi se puede averiguar el valor de. Despeja y sustituye: 1 t 0,6 mol L t 1 A 1 A t A 0e l l t A mi 0,816 moll La velocidad istatáea es: v 0, mi 1 t d A d A e t 0 t t A e 0 A e 0 A t dt dt Que es precisamete la expresió de la velocidad de reacció, vk A, e la que el orde del reactivo A es 1. Por eso se puede idetificar co k. La costate de velocidad es: b) Al ser ua reacció de primer orde: t 1/ 1 k 0,016 mi 1 0,69 0,69 60 s 4,40mi 4mi 0,40 mi 4mi 4,1 s 4 mi 4 s k 0,0160 mi 1 mi 5 iética química 11

123 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) E la expresió de la variació de la cocetració, e este caso despeja el tiempo: 1 t 0,5 mol L t 1 t A 1 A A 0e t l l 1 A 77,946 mi 1 0 0, mi 0,816 moll 60 s t 77,946 mi 77 mi 0,946 mi 77mi 56,8 s 77 mi 57 s 1 mi d) Sustituye e la expresió de la variació de la cocetració después de covertir las uidades de tiempo a miutos: t,5h,5 h 60 mi 1h 150mi 1 t 1 0, mi A A 150 mi e 0,816 mol L e 1 0,074 mol L t 0 6. E la reacció A B 5 a ua temperatura fija: a) Expresa la ecuació de velocidad de reacció e fució del reactivo A y del producto, idicado sus uidades. b) La ecuació de la velocidad para esta reacció es uidades de la costate ciética k. a) E primer lugar calcula la velocidad de la reacció: Las uidades de velocidad so: mol L 1 s 1. v k A B. alcula el orde total de la reacció y las 1 d A 1 d v dt 5 dt b) Es ua reacció de orde 1 respecto a A y de orde respecto a B. El orde total es: ototal 1. A partir de la ecuació de velocidad, las uidades de la costate será: v v kab k mol L 1 1 AB mol L mol L moll s moll s mol L 1 mol mol s 1 L 1 L mol L s 1 Factores que afecta a la velocidad de reacció 7. uáles de las siguietes afirmacioes sobre los catalizadores so ciertas? Justifica tu respuesta. a) Modifica de la reacció. b) Aumeta la velocidad de la reacció. c) Dismiuye la eergía de activació de la reacció. d) Se cosume durate la reacció. a) Falsa. Los catalizadores o afecta a la eergía, i de reactivos i de productos, por lo que tampoco afecta a la etalpía de reacció. b) Verdadera. Los catalizadores proporcioa u camio alterativo por el que trascurre la reacció, co ua eergía de activació meor, lo que hace que aumete la velocidad de la reacció. c) Verdadera. o la presecia del catalizador la eergía de activació es meor. Así, más partículas de los reactivos tiee eergía suficiete para formar el complejo activado y, así, aumeta la velocidad de reacció. d) Falsa. Los catalizadores o se cosume durate la reacció; se regeera costatemete. 5 iética química 1

124 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8. U aumeto de la temperatura provoca u aumeto de la velocidad de las reaccioes químicas. Dibuja el perfil de la gráfica tiempo-temperatura que represete este aumeto. Al aumetar la temperatura, aumeta la velocidad y, por tato, dismiuye el tiempo e el que trascurre la reacció. omo se ve e la ecuació de Arrheius: k A e Ea RT esta variació es expoecial y la costate de la velocidad aumeta. alcula la derivada de la costate de velocidad respecto a la variable temperatura (supoiedo el factor de frecuecia costate): 1 d k d Ae d e E E 1 E dt dt dt R dt R T RT Ea Ea 1 RT R T d Ea Ea Ea a T R T a R T a R T A A e A e A e El factor de frecuecia de las colisioes, la eergía de activació, la costate de los gases y la temperatura absoluta siempre so valores positivos. El resultado de la expoecial es siempre positivo. El resultado de los productos y cocietes es positivo. Así que la costate de la velocidad, fució depediete de la temperatura, es creciete para cualquier valor de T. 9. El agua oxigeada (peróxido de hidrógeo) se descompoe muy letamete a temperatura ambiete, pero si se añade ua pizca de MO se descompoe rápidamete de acuerdo co la reacció: MO 1 O O O 0 a) Dibuja u diagrama que represete la variació de eergía co el trascurso de la reacció, icluyedo los reactivos, productos y complejo activado, la eergía de activació y la variació de etalpía. b) Explica la fució del MO e esta reacció. a) Observa e la gráfica todos los elemetos que os pide el euciado, además de la reacció e presecia de MO. Eergía E a omplejo activado E a (co MO ) O Reactivo 0 b) E presecia de MO, la velocidad de reacció aumeta; por tato, esta sustacia está actuado como catalizador. Productos Avace de la reacció 40. La reacció e fase gaseosa A B es ua reacció elemetal. a) Formula la expresió para la ecuació de la velocidad. b) Idica las uidades de la velocidad de reacció y de la costate ciética. c) Justifica cómo afecta a la velocidad de reacció u aumeto de la temperatura a volume costate. d) Justifica cómo afecta a la velocidad de reacció u aumeto del volume a temperatura costate. a) Al ser ua reacció elemetal, los expoetes de la ecuació de velocidad coicide co los coeficietes estequiométricos de este proceso ajustado, por lo que su ecuació de la velocidad es: v k A B. b) Las uidades de la velocidad de reacció, al ser ua variació de cocetració e fució del tiempo, so: mol L 1 s 1. Para deducir las de la costate ciética despeja la costate de la ecuació de velocidad, y ordea las uidades: v v moll s moll s kab k mol Ls 1 1 A B moll moll mol L iética química 1

125 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Al aumetar la temperatura a volume costate aumeta la eergía ciética de los reactivos, aumetado así la frecuecia de las colisioes y, co ello, la velocidad de reacció. Esta depedecia se refleja e la ecuació de Arrheius: k A e Ea RT d) Al aumetar el volume a temperatura costate, dismiuye la cocetració de reactivos y dismiuirá la velocidad. Visto de otro modo, al aumetar el volume, dismiuirá la frecuecia de los choques y, co ello, la velocidad. ATIVIDADES (págia 16) 41. uáles de las siguietes afirmacioes so verdaderas y cuáles falsas? a) La adició de u catalizador a ua reacció rebaja la eergía de activació. b) La adició de u catalizador a ua reacció modifica la velocidad de reacció directa. c) La adició de u catalizador modifica el estado de equilibrio de la misma. a) Verdadera. Los catalizadores proporcioa u camio alterativo por el que trascurre la reacció, co ua eergía de activació meor, lo que hace que aumete la velocidad de reacció. Ea RT b) Verdadera. Segú la ecuació de Arrheius k A e. U catalizador modifica la eergía de activació. Ua variació de la eergía de activació, E a, hace que varíe la costate de velocidad, k, y, e cosecuecia se modifica la velocidad. Por tato, la adició de u catalizador, por modificarse la eergía de activació, modifica la velocidad de reacció. c) Falsa. U catalizador o modifica el estado de equilibrio de la reacció, solo permite obteer los productos más rápidamete. 4. E la reacció siguiete todas las sustacias so gases ideales: A B D. La ecuació de su velocidad es vk A. Explica cómo varía la velocidad de reacció si: a) dismiuye al volume del sistema a la mitad. b) aumeta las cocetracioes de los productos, si modificar el volume del sistema. c) se utiliza u catalizador. d) aumeta la temperatura. a) Al dismiuir el volume a la mitad, la cocetració aumetará el doble, y la velocidad, tambié. b) El aumeto de la cocetració de los productos siempre es a costa de dismiuir la catidad de los reactivos. A volume costate dismiuye [A] y tambié dismiuirá la velocidad. c) Los catalizadores proporcioa u camio alterativo por el que trascurre la reacció, co ua eergía de activació meor, lo que hace que aumete la velocidad de reacció. d) Al aumetar la temperatura, aumeta la eergía ciética de los reactivos, aumetado así la frecuecia de las colisioes y, co ello, la velocidad de reacció. Esta depedecia se refleja e la ecuació de Arrheius: k A e Ea RT 4. Para la reacció química de descomposició del petaóxido de diitrógeo: g g g N O 4 NO O 5 se ha ecotrado que la velocidad de reacció viee dada por la ecuació vk O a) uál es el orde de reacció? b) Explica cómo ifluye la temperatura e la velocidad. N. 5 5 iética química 14

126 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) De la ecuació de la velocidad se deduce que la reacció es de orde 1 respecto a N O 5. Por tato, será ua reacció de orde 1. b) Al aumetar la temperatura, aumeta el valor del expoete e la expoecial de la ecuació de Arrheius. Tambié aumeta la eergía ciética de los reactivos, aumetado así la frecuecia de las colisioes y, co ello, la velocidad de reacció. k A e Ea RT 44. Explica la verdad o falsedad de las siguietes afirmacioes sobre los catalizadores: a) Los catalizadores dismiuye el calor de reacció. b) Los catalizadores aumeta la velocidad de reacció. a) Falso. Los catalizadores logra crear u uevo camio alterativo por el que trascurre la reacció, co ua eergía de activació meor. b) Verdadero. Los catalizadores dismiuye la eergía de activació de la reacció, lo que hace que aumete la velocidad de reacció. Al dismiuir la eergía de activació, aumeta el valor del expoete e la expoecial de la ecuació de Arrheius. k A e Ea RT 45. Explica la ifluecia que hay etre la velocidad de reacció y... a)... la presecia de catalizadores. b)... la variació de la cocetració de los reactivos. c)... la variació de la temperatura. a) Los catalizadores proporcioa u camio alterativo por el que trascurre la reacció, co ua eergía de activació meor. E la ecuació de Arrheius esto hace que el expoete sea mayor, lo que hace que aumete la costate y co esta la velocidad de reacció. b) Al aumetar la cocetració de reactivos, aumeta la frecuecia de los choques etre ellos y aumeta la velocidad de reacció. Esto queda reflejado e la ecuació de la velocidad. Si la reacció es A B D, la ecuació de su velocidad es del tipo v k A B. m c) Al aumetar la temperatura, aumeta el expoete e la ecuació de Arrheius: k A e Ea RT Esto hace que la costate aumete su valor y co ella la velocidad. 46. osidera la reacció A B, e la que todas las especies químicas está e fase gaseosa. La velocidad de reacció solo depede de la temperatura y de la cocetració del reactivo A. Si se duplica la cocetració de A, la velocidad de reacció tambié se duplica. a) Para qué reactivo cambia más deprisa la cocetració? b) uáles so los órdees parciales respecto de A y B? Escribe la ecuació ciética. c) Qué uidades tiee la velocidad de reacció? Y la costate ciética? d) ómo afecta a la velocidad de reacció ua dismiució de volume a temperatura costate? Justifica tus respuestas. a) Escribe la expresió de la velocidad de reacció: 1 d A d B d v dt dt dt 5 iética química 15

127 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De la expresió de la velocidad de la reacció se deduce que el reactivo B será el que cambie más deprisa. E cocreto, debe ser el doble de la de las otras dos para que al calcular la velocidad sea la misma e la reacció. d B d d A dt dt dt b) El euciado os dice que la velocidad solo depede de la cocetració de A, por lo que será de orde cero respecto a B. E cuato a A, os dice que al duplicar su cocetració se duplica la velocidad, por lo que la depedecia es lieal. Luego, será de orde 1 respecto a A. La ecuació de velocidad será: v k c) Las uidades de la velocidad de reacció, al ser ua variació de cocetració e fució del tiempo, so: A mol L 1 s 1 Para deducir las de la costate ciética despeja la costate de la ecuació de velocidad, y ordea las uidades: v v k k A A moll 1 moll s 1 1 s 1 d) Al dismiuir el volume a temperatura costate, aumeta la cocetració de reactivos y aumetará la velocidad. 47. A partir de la reacció: s aq aq aq g ao l al O O explica diferetes maeras de aumetar su velocidad. La velocidad de reacció se puede aumetar: Aumetado la cocetració de los reactivos. Esta solució o es muy útil desde u puto de vista práctico, ya que supoe u cosumo e exceso de reactivos. E u sólido, como el ao, el grado de divisió aumeta la velocidad. Aumetado la temperatura, lo que aumetaría la eergía ciética de los reactivos, aumetado la frecuecia de colisioes y, co ello, la velocidad. Esta solució es útil siempre y cuado la reacció o sea exotérmica, ya que u aumeto de temperatura desplazaría el equilibrio hacia la formació de reactivos. La presecia de catalizadores tambié aumeta la velocidad de reacció. Esta solució es la más útil a ivel idustrial, auque tiee como icoveiete el elevado precio de alguos catalizadores. QUÍMIA EN TU VIDA (págia 164) Explica, usado el vocabulario de la uidad, qué es u ihibidor. az el diagrama de eergía comparado etre la reacció co y si ihibidor. La fialidad de los ihibidores es la cotraria a la de los catalizadores, dismiuye la velocidad de las reaccioes químicas de degradació. Eergía E a (co ihibidor) E a Reactivos 0 Productos Avace de la reacció 5 iética química 16

128 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Ivestiga avegado e la web qué es el lumiol y para qué se usa. Lumiol, 87N O, es u derivado del ácido ftálico de masa molar 177,16 g/mol. Es u sólido verdoso poco soluble. Produce ua reacció de quimiolumiiscecia e cotacto co peróxidos e presecia de catalizadores. Se utiliza e química forese para detectar trazas de sagre, ya que es capaz de detectar cerca de 1 L de sagre e 1 L de disolució. rees que e los productos alimeticios se debería etiquetar fecha de caducidad o de cosumo preferete? Respuesta abierta. Expó más ejemplos de reaccioes químicas de la vida cotidiaa e los cuales se cotrola los factores que ifluye e la reacció. Los pañales lleva sustacias que evita la descomposició de la urea e amoiaco y así evitar malos olores. Estufas catalíticas oxida el gas a meor temperatura y cosume meos oxígeo, por lo que so meos cotamiates. overtidor catalítico de los automóviles trasforma las sustacias ocivas e otras meos ocivas. 5 iética química 17

129 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 5 iética química 18

130 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6 Equilibrio químico 6 Equilibrio químico 19

131 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6 Equilibrio químico 10

132 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Equilibrio químico 6 PARA OMENZAR (págia 165) Ivestiga sobre las reflexioes que los cietíficos hiciero para tratar de explicar la flecha del tiempo que ordea los acotecimietos. La respuesta es abierta, pero debe hacerse meció a Ilya Prigogie (Илья Ромaнович Пригoжин), que recibió el premio Nobel de Química e 1977 por crear el cocepto de estructuras disipativas. Este cocepto relacioa la química y la flecha del tiempo. Qué importacia tiee la ciética química, e cocreto los equilibrios, para esclarecer la cuestió de la flecha del tiempo? Determia la velocidad co la que trascurre ua reacció, y e cocreto el tiempo que tarda e llegar al equilibrio. De este modo, coocidos los parámetros iiciales, se podría determiar el tiempo trascurrido desde que comezó la reacció hasta que llegó al equilibrio. Tambié cómo las codicioes ambietales (presió, cocetració, temperatura ) favorece el equilibrio e u setido o e otro. PRATIA (págia 166) 1. U recipiete cotiee ua mezcla formada por 1 g de O y 4 g de O. Si el recipiete está a 17 º y 0,1 atm, calcula el volume del recipiete y la presió parcial de cada gas e mm de g. alla la masa molar de cada sustacia: M O 1,01 16,00 44,01 gmol M O 1,01 16,00 8,01 gmol alcula el úmero de moles de O y de O que hay e el recipiete: O 1 g de O O 1mol de O ,01 g de O 1mol de O 4 g de O 8,01 g de O 0,07mol de O 0,148 mol de O Suma la catidad de los gases para obteer la catidad de partículas total que hay e el recipiete: Aplica la ecuació de estado de los gases ideales: T O O 0,1655 mol pv T R T Despeja el volume y sustituye los datos e uidades del sistema iteracioal: V RT p L atm 0,1655 mol 0,08 mol K 0,1 atm 177 K 9,6 L 9,4 L alcula las presioes parciales: p p p O O O T T T 0,07 mol de O 0,1 atm 0,017 atm de O 0,1655 mol del total 6 Equilibrio químico 11

133 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO p p p O O O T T T 0,148 mol de O 0,1 atm 0,086 atm de O 0,1655 mol del total ovierte los valores de presió a mm de g: p O 760 mm de g 0,017 atm 10,4 mm de g 1 atm 760 mm de g p O 0,086 atm 65,6 mm de g 1 atm ATIVIDAD (págia 171). E u recipiete de L, e el que previamete se ha hecho el vacío, se itroduce 0,1 mol de NO, 0,05 mol de y 0,1 mol de agua. Se calieta hasta el equilibrio: g g g g NO N O uado se establece el equilibrio, la cocetració de NO es 0,01 mol L 1. a) alcula la cocetració del resto de las especies e el equilibrio. b) uál es el valor de la costate K a esa temperatura? a) Ordea las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) NOg g N g Og Iicial 0,1 0,05 0 0,1 E reacció x x x x E equilibrio 0,1 x 0,05 x x 0,1 x La defiició de cocetració molar para ua sustacia A se defie como: A A mol L oocido el volume de la disolució L, calcula e primer lugar la catidad de moléculas de NO que hay e el equilibrio: V NO NO L 0,01mol L 1 L Iguala co la catidad de NO e el equilibrio para despejar x: V 0,06mol de NO 0,1 0,06 0,06 0,1 x x 0,019mol oocido x, calcula la catidad de moléculas del resto de las especies e equilibrio: N O 0,05 x 0,050,019 0,01mol x 0,019 mol 0,1 x 0,1 0,019 0,18 mol Sustituye e la expresió de la cocetració molar y calcula la cocetració de cada especie e el equilibrio: N 0,01mol 0,006 moll V L L N 0,019 mol 0,0095 moll V L L Equilibrio químico 1

134 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO O 0,18 mol O V L L 0,069 mol L 1 b) E la expresió de K sustituye los valores de las cocetracioes y opera: NO 0,01 0,006 N O 0,0095 0,069 K 107,6 107 ATIVIDADES (págia 17). E u recipiete se itroduce I gaseoso co [I] 1 M. Se alcaza el equilibrio co K 0,0 segú la ecuació química: Ig g I g. alcula la cocetració de todas las sustacias e el equilibrio. Teiedo e cueta la defiició de cocetració molar para ua sustacia y supoiedo que el volume de la disolució es de 1 L, calcula la catidad de moléculas de I que hay iicialmete: mol L I I L 1mol L V I 1 I V 1L 1mol de I Ordea las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Ig g + I g Iicial E reacció x x x E equilibrio 1 x x x omo se alcaza el equilibrio co K 0,0, escribe la expresió de la costate de equilibrio y sustituye los datos coocidos. E este caso, al supoer que el volume de la disolució es 1 L, las cocetracioes e el equilibrio coicide co las catidades e el equilibrio: K I I x x V V 0,0 1x V Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los posibles valores de x so: x1 0,197mol y x 0,110mol. Descarta el primer valor ya que o puede ser u valor egativo, por eso el úico valor co setido es x 0,110mol. alcula las cocetracioes de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: I I x 1 mol 1 0,110 mol I V 1L 1L x mol 0,110 mol 0,11 moll V 1L 1L I x mol 0,110 mol 0,11 moll V 1L 1L 1 1 0,78 moll 1 4. ay 0,5 mol de petacloruro de atimoio e u recipiete de L. Se calieta a 00 º y ua vez e el equilibrio, hay 0,46 mol del compuesto segú la reacció: Sbl g l g Sbl g. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Qué valor tiee K? b) alcula la presió total de la mezcla e el equilibrio. 5 6 Equilibrio químico 1

135 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Sbl5 g l g + Sbl g Iicial 0,5 0 0 E reacció x x x E equilibrio 0,5 x x x oocida la catidad de Sbl 5 e el equilibrio sustituye y calcula el valor de x: 0,5 x 0,46 x 0,064 mol alcula las cocetracioes de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: Sbl l 5 0,46 mol 0,18 moll V L Sbl5 1 x mol 0,064 mol 0,0 moll V L L l 1 x mol 0,064 mol Sbl 0,0molL V L L Sbl 1 Sustituye e la expresió de K y opera para calcular la costate de equilibrio: l Sbl 0,00,0 K Sbl 0,18 5 4, b) Suma las catidades de moléculas de los gases para obteer la catidad total e el recipiete: T Sbl l Sbl 0,46 mol 0,064 mol 0, 064 mol 0,564 mol 5 Aplica la ecuació de estado de los gases ideales: Despeja la presió, sustituye los datos y opera: pv T R T p RT V 0,564 mol 0,08 atm L mol L K 00 7 K 10,94 atm 5. E el equilibrio g O g Og O g, a 000 K la costate de equilíbrio es K 4,41. Se itroduce 1 mol de,1 mol de O y 1 mol de Oe u recipiete de 5 L, y se espera a alcazar el equilibrio. uál es la catidad de cada sustacia? Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) g O g O g Og Iicial E reacció x x x x E equilibrio 1 x 1 x 1 x x ocetració e equilibrio (mol L 1 ) 1 x 1 x 1 x x 5 6 Equilibrio químico 14

136 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula el valor de x a partir del valor de la costate de equilibrio K. Escribe la expresió, sustituye los datos coocidos y simplifica: 1 x x OO 5 5 x 1 x K 4, 41 O 1x 1x 1 x 5 5 Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los posibles valores de x so: x1 0,5567mol y x,mol. Descarta el segudo valor ya que o puede ser u valor mayor que la catidad iicial, por eso el úico valor co setido es x 0,5567mol. alcula la catidad de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: O O O 1 x 1 0,5567 0, 44 mol de 1 x 1 0,5567 0,44 mol de O 1 x 1 0,5567 1,557 mol de O x 0,557 mol de O ATIVIDADES (págia 174) 6. E u matraz de 5 L se mezcla 0,9 mol de N y 0,51 mol de O e estado gasesoso. Se calieta la mezcla hasta establecerse el equilibrio: g g g N O NO. Solo reaccioa el 1,09 % del N iicial. alcula la cocetració de todos los gases e el equilibrio y el valor de K. El grado de disociació es el cociete etre la catidad de reactivo que reaccioó y la catidad de reactivo iicial: E el equilibrio tedremos: atidad (mol) x x 0 0 N g O g Iicial 0,9 0,51 0 NO g. Reaccioa 0,9 0,9 0,9 E equilibrio 0,9 1 0,51 0,9 0,9 Molaridad e equilibrio (mol/l) 0,9 1 0,51 0,9 0, Tiees el dato 0,0109, respecto al itrógeo iicial. Sustituye el valor del grado de disociació y después calcula la cocetració de todas las especies e el equilibrio: N O mol 0,9 1 0,9 1 0,0109 mol 0,18 moll 5L 5L 0,51 0,9 mol 0,51 0,90,0109 mol 0,100 moll 5L 5L 0,9 mol 0,90,0109 mol NO 4,0110 moll 5L 5L Escribe la expresió de la costate de equilibrio y sustituye los valores: NO N O 4,0110 K 0,180,10 8, Equilibrio químico 15

137 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 7. NO se descompoe a 45 º segú la reacció de equilibrio: El 4 N O g NO g. E u volume de 1 L se 4 itroduce 0,1 mol de NO 4. Sabiedo que e el equilibrio la presió total es de,18 atm, calcula: a) El grado de disociació. b) La presió parcial ejercida por cada compoete. a) El grado de disociació es el cociete etre la catidad de reactivo que reaccioó y la catidad de reactivo iicial: x x 0 0 Ordea las catidades de cada especie e el equilibrio: atidad (mol) NO 4g NO g Iicial 0,1 0 E reacció 0,1 0,1 E equilibrio 0,1 1 0,1 Aplica la ecuació geeral de los gases ideales: pv T R T Despeja la catidad total de moléculas, sustituye los datos y opera: T pv RT 0,08,18 atm 1 L atm L mol K 457 K 0,1mol La catidad total de moléculas e el equilibrio será la suma de las catidades de todas las especies: 4 T N O NO 0,1 1 0, 0,1 1 mol Despeja el grado de disociació, sustituye el valor de la catidad total de moléculas: T 0, ,0 0,1 0,1 b) A cotiuació, calcula las presioes parciales ejercidas por cada compoete. Para ello, coocido el valor del grado de disociació, calcula primero los moles que hay e el equilibrio de cada especie: alcula las presioes parciales: NO 4 NO 0,1 1 0,1 1 0,0 0,078 mol 0, 0, 0,0 0,044 mol 0,078 mol p p p 0,1 mol NO 4 NO 4 NO 4 T T T 0,044 mol p p p 0,1 mol NO NO NO T T T,18 atm,04 atm,18 atm 1,146 atm 6 Equilibrio químico 16

138 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 176) osidera el siguiete sistema e equilibrio: A 00 º 5 g g g MX MX X 5 K vale 0,0. E u mometo dado las cocetracioes de las sustacias presetes so: MX 0,40 M X 0,0 M. Razoa si, e esas codicioes, el sistema está MX 0,04 M, y e equilibrio. E el caso e que o estuviera e equilibrio, hacia dóde evolucioaría para alcazarlo? alcula el cociete de reacció e las codicioes del euciado: omo se cumple que Q K MX MX X 0,400,0 Q 0,04 5 0,0, el sistema o está e equilibrio. Al haber mayor cocetració de productos que e el equilibrio, la reacció evolucioará hacia la izquierda para alcazarlo. El equilibrio: AB D tiee ua costate K Iicialmete teemos ua mezcla de 1 mol de A; mol de B; 0, mol de y 0, mol de D e u recipiete de L. Respode: a) Está e equilibrio el sistema iicial? Razoa la respuesta. b) Si o está e equilibrio, idica hacia dóde se desplazará. c) alcula la cocetració de cada compuesto e el equilibrio. a) alcula las cocetracioes de cada especie: A B D A iicial V L B iicial V L L L 1 mol L mol L 0, mol 0,5mol L 1 mol L 1 1 iicial V L 0, mol 0,1 mol L D iicial V L 1 0,15mol L alcula el valor del cociete de reacció para comprobar si el sistema está e equilibrio: Q K : Q D 0,10,15 1 iicial iicial A B 0,51 iicial luego, la reacció o está e equilibrio. b) Q K iicial 0,0 10 0,0 0,04 : al haber meor cocetració de productos que e el equilibrio, la reacció evolucioará hacia la derecha para alcazarlo; es decir, hacia los productos. c) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) A B D Iicial 1 0, 0, E reacció x x x x E equilibrio 1 x x 0, x 0, x ocetració e equilibrio (mol L 1 ) 1 x x 0, x 0, x 6 Equilibrio químico 17

139 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Escribe la expresió de la costate de equilibrio y sustituye las expresioes de las cocetracioes. Simplifica y sustituye el valor de la costate de equilibrio: 0,x 0,x D 0, x 0, x K 410 AB 1x x 1 x x Resuelve la ecuació de segudo grado aterior y los posibles valores de x so: x1 0,6766mol y x 0,008mol. Descarta el primer valor ya que el resultado egativo o tiee setido. Luego x 0,008 mol. alcula la cocetració de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: A 1x mol 1 0,008 mol de A A V L L L 1 0,485 moll B x mol 0,008 mol de B B V L L L 1 0,985 moll 0,x mol 0, 0,008 mol de V L L L 0,115 moll D 0,x mol 0, 0,008 mol de D D V L L L 0,165 moll 1 1 ATIVIDADES (págia 179) 10. El O reaccioa rápidamete co O g S g OS g O g. E u experimeto se colocaro 0,1 mol de O e,5 L a 7 º y ua catidad suficiete de Spara que la presió total e el equilibrio sea 10 atm. Sabiedo que e la mezcla fial había 0,01 mol de O g : a) Qué catidad hay del resto e el equilibrio? b) alcula la costate K. p Ssegú la reacció: a) Ordea las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) O g S g OSg O g Iicial 0,1 y 0 0 E reacció x x x x E equilibrio 0,1 x y x x x E el euciado dice que e el equilibrio hay 0,01 mol de agua, luego x 0,01 mol. Aplica la ecuació geeral de los gases ideales para calcular el úmero total de moles e el equilibrio: pv T R T Despeja la catidad de moléculas, sustituye los valores y opera: T pv RT 0,08 10 atm,5 L atm L mol K 7 7 K 0,5mol La catidad total de moléculas e el equilibrio será la suma de todas las especies: T O S OS O 0,1 xy x x x 0,1 ymol 0,5mol Despeja y resuelve: y 0,5 0,1 0,4 mol 6 Equilibrio químico 18

140 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO oocidos los valores de x e y, calcula las catidades de todas las especies e el equilibrio: O S OS O 0,1 x 0,1 0,01 0,09 mol y x 0,40, 01mol 0,9 mol x 0,01 mol x 0,01 mol b) Para calcular K p primero ecuetra la presió parcial de cada ua de las especies e el equilibrio: Sustituye e la expresió de K p y opera: 00, 9 mol p p p 0,5 mol O O O T T T 0,9 mol p p p 0,5 mol S S S T T T 0,01 mol p p p 0,5 mol OS OS OS T T T O O O T T T 10 atm 1,8 atm 10 atm 7,8 atm 10 atm 0, atm 0,01 mol p p p 10 atm 0, atm 0,5 mol pos p O 0, KP p p 1,87,8 O S, Se itroduce ua mezcla de 0,5 mol de y 0,5 mol de I e u recipiete de 1 L. Se calieta g I g I g. alcula: a la temperatura de 40 y se alcaza el equilibrio: a) Las cocetracioes e el equilibrio si K 54,. b) El valor de la Kp a esa temperatura. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) g I g Iicial 0,5 0,5 0 I g. Reaccioa x x x E equilibrio 0,5 x 0,5 x x omo se alcaza el equilibrio co K 54, vamos a escribir la expresió de la costate de equilibrio y sustituir los datos coocidos. E este caso, como el volume de la disolució es 1 L, las cocetracioes e el equilibrio coicide co las catidades e el equilibrio: K I I V V I I V I I x 54, 0,5 x Resuelve la ecuació de segudo grado aterior y tiees que los posibles valores de x so: x1 0,9mol y x 0,686mol. Descarta el segudo valor ya que la catidad que reaccioa o puede ser mayor que la iicial. Luego x 0,9mol. alcula las cocetracioes de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: 0,5xmol 0,5 0,9mol 1 0,0167mol L 0,11 mol L 1 V 1L 1L 6 Equilibrio químico 19

141 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO I 0,5xmol 0,5 0,9mol 1 I 0,0167 moll 0,11 moll V 1L 1L I xmol 0,9mol I 1 0,7865molL V 1L 1L 0,79 moll b) oocido el valor de x, calcula la catidad de moléculas e el equilibrio como la suma de las catidades de moléculas de todas las especies: 0,5 x 0,5 x x 0,5 0,9 0,9 1mol T I I Para calcular la presió total e el equilibrio, aplicamos la ecuació geeral de los gases ideales: Despeja la presió, sustituye los valores y opera: pv T R T 1 1 p T RT V 1 mol 0,08 atm L mol K 1L 40 7 K 57,646 atm o los datos obteidos calcula la presió parcial de todas las especies e el equilibrio: 0,11 mol p p p 1 mol T T T 0, 11 mol p p p 1 mol I I I T T T I I I T T T Por último, sustituye e la expresió de K : p 57,646 atm 6,4 atm 57,646 atm 6,4 atm 0,79 mol p p p 57,646 atm 45,54 atm 1 mol pi 45,54 Kp 51,60 p p 6,46,4 I ATIVIDADES (págia 180) 1. U recipiete de 1 L cotiee,58 g de I g. Se calieta hasta 100 º, y ua vez establecido el equilibrio I g Ιg la presió total es 1, atm. a) alcula el grado de disociació del yodo molecular. b) Determia las costates K y K. p Datos: M(I) 16,9; R 0,08 atm L mol 1 K 1. a) alla la masa molar: M I 16,9 5,8 g mol 1 alcula el úmero de moles de I que hay e el recipiete: I,58 g de I 1mol de I 0,01mol de I 5,8 g de I Dado que el grado de disociació es igual al cociete etre la catidad de reactivo que ha reaccioado y la catidad de reactivo iicial: x x Equilibrio químico 140

142 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E el equilibrio tedrás: atidad (mol) I g Ig. Iicial 0,01 0 Reaccioa 0,01 0,01 E equilibrio 0,011 0,01 Aplica la ecuació geeral de los gases ideales: pv T R T Despeja la catidad total de partículas e estado gaseoso, sustituye los datos y opera: T pv RT 0,08 1, atm 1L atm L mol K K 0,011 mol La catidad de partículas gaseosas e el equilibrio es la suma de las partículas de ambas especies e el equilibrio: 1 T I I 0,01 1 0,0 0,01 0,01 0,0 1 mol Despeja el grado de disociació y sustituye el valor del úmero total de moles: T 0, ,104 0,01 0,01 b) A cotiuació, calcula las presioes parciales ejercidas por cada gas e la mezcla. Para ello, coocido el valor del grado de disociació, calcula primero la catidad de partículas de cada especie e el equilibrio: alcula las presioes parciales: Sustituye e la expresió de K : p 0,011 0,011 0,104 8,9610 mol de I g I 0,0 0,00,104,08 10 mol de Ig I p p p I I I T T T p p p I I I T T T 8,9610 mol de I 0,011 mol total,0810 mol 1, atm 1,08 atm de I 1, atm 0,51 atm 0,011 mol total I pi 0,51 KP 0,058 p 1,08 alcula K. E este caso, como el volume de la disolució es 1 L, los valores de las cocetracioes e el equilibrio coicide co las catidades de partículas e el equilibrio:,08 10 mol I 1L K 8,96 10 mol I V I I V 1L 4, Equilibrio químico 141

143 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1. A 50 º el NO 4 se disocia segú el equilibrio: NO4 g NO g. Se itroduce 0,75 mol de NO 4 e u recipiete de 5 L a 50 º. E el equilibrio la presió total e el recipiete es de, atm. alcula la presió parcial de cada gas e el equilibrio. Dato: R 0,08 atm L mol 1 K 1. Establece las codicioes iiciales y e el equilibrio tedrás: atidad (mol) NO 4g NO g. Iicial 0,75 0 Reaccioa x x E equilibrio 0,75 x x Aplica la ecuació geeral de los gases ideales para calcular la catidad de partículas gaseosas e el equilibrio: pv T R T Despeja la catidad total de moles, sustituye los datos y opera: T pv RT 0,08, atm 5L atm L mol L 50 7 K 0,69 mol El úmero total de moles e el equilibrio es la suma de la catidad de partículas gaseosas de todas las especies e el equilibrio: Resolviedo e x: NO 4 O x x T N 0,75 0,69 mol 0,75 x 0,69 x 0,69 0,75 0,54 mol oocido x, calcula la catidad de moléculas de cada especie e el equilibrio: NO 4 NO alla la presió parcial de cada especie e el equilibrio: p p p NO 4 NO4 NO 4 T T T p p p NO NO NO T T T 0,75 x 0,75 0,54 0,11mol x 0,54 0,508 mol 0,11 mol de NO 4 0,69 mol total 0,508 mol de NO 0,69 mol total, atm 0,640 atm, atm,694 atm ATIVIDAD (págia 18) 14. Estudia la ecuació de Va t off para determiar si al aumetar la temperatura, T1 T, la costate de equilibrio tiee ua variació creciete o decreciete e ua reacció exotérmica. Determia lo mismo para ua reacció edotérmica. La ecuació de Va t off es: 0 p 1 1 l K T K T R T T p 1 1 Si T T, 1 al ser temperaturas siempre por ecima del cero absoluto, se cumple que 1 1 T1 T ; y T T 1 6 Equilibrio químico 14

144 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 0 E ua reacció exotérmica se cumple que 0. Por eso al multiplicar por la diferecia de los iversos de las temperaturas absolutas teemos que: Kp T Kp T l 0 1 Kp T Kp T1 K T K T p 1 p 1 E ua reacció exotérmica la costate de equilibrio decrece si aumeta la temperatura. 0 E ua reacció edotérmica se cumple que 0. Por eso al multiplicar por la diferecia de los iversos de las temperaturas absolutas teemos que: p 1 p 1 Kp T Kp T l 0 1 Kp T Kp T1 K T K T E ua reacció edotérmica la costate de equilibrio crece si aumeta la temperatura. ATIVIDADES (págia 184) 15. El equilibrio: Sbl aq Ol SbOl s l aq, es edotérmico e el setido directo. Ajusta la reacció y respode justificado tu respuesta: a) ómo afecta a la catidad de SbOl u aumeto e la catidad de l? b) ómo afecta a la catidad de SbOl u aumeto e la catidad de Sbl? c) uál es la expresió de K para esta reacció? Escribe la reacció ajustada: aq l s aq Sbl O SbOl l a) Desde el puto de vista del pricipio de Le hâtelier, si aumetamos la cocetració de ua de las especies, el sistema cotrarrestará esta modificació, favoreciedo la reacció e la que se cosuma esta especie. Luego u aumeto e la catidad de l, al ser u producto, favorecerá el desplazamieto del equilibrio hacia la formació de los reactivos, es decir, el sistema evolucioará de derecha a izquierda. Esto hace que dismiuya la catidad de SbOl. b) U aumeto e la catidad de Sbl, al ser u reactivo, desplazará el equilibrio hacia la derecha, hacia la formació de los productos. Esto hace que aumete la catidad de SbOl. c) Al ser u equilibrio heterogéeo e el que teemos: u líquido, u sólido y dos compuestos disueltos solo tedremos e cueta para calcular la costate de equilibrio la cocetració de los elemetos disueltos, ya que los sólidos y los líquidos apeas varía. Por tato, escribimos K : K l Sbl 16. Las cocetracioes de equilibrio para la reacció: Pl g l g Pl5 g que se realiza e u matraz de 1 L so, respectivamete: 0, M, 0,1 M y 0,4 M. E ese mometo se añade 0,1 mol de Respode justificado tu respuesta: a) uál es la ueva cocetració de Pl5g ua vez alcazado el uevo equilibrio? b) Discute cómo puede ifluir ua variació de presió sobre el sistema e equilibrio. a) alcula K e el primer equilibrio: 5 Pl 0, 4 K 0 Pl l 0,0,1 g l. 6 Equilibrio químico 14

145 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Establece las catidades e el uevo equilibrio. atidad (mol) Pl g l g 5 Pl g. Iicial 0, 0,1 0,4 Añadido 0,1 Suma 0, 0, 0,4 Reaccioa x x x E equilibrio 0, x 0, x 0,4 x Sustituye los uevos valores e la expresió de sustituir por la catidad. K sabiedo que el volume es 1 L y la cocetració se puede 0,4 x Pl 5 1L 0,4 x Pl l 0,x 0, x 0, x K 0 1L 1L Resuelve la ecuació de segudo grado e x. Los posibles valores de x so: x1 0,4 mol y x 0,05mol. Descarta el primer valor ya que o tiee setido que el úmero de moles que reaccioa sea mayor que el úmero de moles iiciales. Luego x 0,05mol. alcula las cocetracioes de Pl5 sustituyedo el valor de x: Pl 5 0,4 x mol 0,4 0,05 mol Pl5 0,5 mol L 1 V 1L 1L b) Si se produce ua variació de presió e el sistema e equilibrio, segú el pricipio de Le hâtelier, el sistema respode alcazado u uevo equilibrio que cotrarresta parcialmete el efecto de la variació de presió. o meor úmero de moléculas habrá meor presió. Por eso el equilibrio se desplazará hacia la derecha de reactivos a productos. ATIVIDAD (págia 185) 17. La descomposició del go sólido a 40 º se produce segú la ecuació: s s g go g O E u matraz se itroduce ua cierta catidad de go y se calieta a 40 º. Sabiedo que la presió total e el equilibrio es 0,51 atm, calcula: a) El valor de las costates K y Kp a esa temperatura. b) La masa de go, e gramos, que se ha descompuesto si el matraz es de 5 L. Datos: R 0,08 atm L K 1 mol 1 ; M(g) 00,6; M(O) 16,00. a) Al tratarse de u equilibrio heterogéeo, o hay que teer e cueta al go i al g, que se ecuetra e estado sólido, para la expresió de K y K. p Segú la estequiometría de la reacció, e el equilibrio, se cumple: O K O y V K p p 0,51 atm omo el úico elemeto e estado gaseoso que iterviee e la reacció es el oxígeo, se aplica la ecuació geeral de los gases ideales para calcular la cocetració de O e el equilibrio: p O Total O O p pv T RT p RT V V RT 6 Equilibrio químico 144

146 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sustituye los datos y opera: O p K V RT 0,08 0,51 atm atm L 40 7 K K mol 8,9710 mol L 1 b) Establece las codicioes iiciales y e el equilibrio tedrás: atidad (mol) gos gs Iicial y 0 0 Reaccioa O g. x x x E equilibrio y x x x La masa de go que se ha descompuesto es la masa que reaccioa. Siguiedo la estequiometría de la reacció si se ha formado x mol de oxígeo es porque se ha descompuesto x mol de go. Aplica la ecuació de estado de los gases ideales para calcular la catidad de oxígeo gaseoso, x, que se ha formado e u matraz de 5 L. Sustituye los datos y opera: pv RT T O pv RT pv x O RT 0,08 0,51 atm 5L atm L mol K 40 7 K 0,04487 mol Luego, ha reaccioado go x 0,04487mol 0,0897mol de go. alcula la masa (e gramos) usado la masa molar de go: M go 00,6 16,00 16,6 g mol 1 16,6 g de go mgo go MgO 0,0897 mol de go 1 mol de go 19,44 g de go ATIVIDADES (págia 189) 18. La costate del producto de solubilidad del af a 0 º es, uál será su solubilidad a esa temperatura, expresada e mol L 1? Escribe la reacció de la disolució acuosa ajustada: af a atidad de sustacia (mol) s s F. La solubilidad del io F es el doble que la del io a, por tato, el producto de solubilidad: Kps a F s s 4s oocido el valor del producto de solubilidad, despeja, sustituye los datos y calcula la solubilidad: 11 K ps,910 s,1410 mol L Equilibrio químico 145

147 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 19. La solubilidad de calcita e agua es de 7,08 10 g L 1 a 5 º. La calcita está formada exclusivamete por carboato de calcio, ao. alcula la costate del producto de solubilidad del ao. E primer lugar expresa la solubilidad e uidades de molaridad mol L 1, utilizado para ello la masa molar del ao : M ao 40,08 1,01 16,00 100,09 g mol 1 Segú la estequiometría de la reacció: s 7,0810 g L 1mol 100,09 g 7, mol L 5 1 ao a atidad de sustacia (mol) s s alcula el valor de la costate del producto de solubilidad: O. Sustituye el valor de solubilidad: K K a O ss s ps 5 ps s 7, , Justifica si se producirá precipitado cuado se mezcla 80 cm de ua disolució 0,01 mol L 1 de sulfato de sodio, NaSO 4, co 10 cm de otra disolució 0,0 mol L 1 de itrato de bario, Ba NO Datos: K. Supó que los volúmees so aditivos. 10 ps BaSO4 1,1 10 ; Escribe los volúmees e litros: MNa,00; MS,06; MO 16,00. V 80 cm NaSO 4 1 ml 1 cm 1L VBa NO 1000 ml 0,08 L; 10 cm 1 ml 1 cm 1L 0,1L 1000 ml alcula la catidad que iterviee de cada especie: mol 4 V 0,01 0,08 L 810 mol de Na SO L NaSO 4 Na SO Na SO 4 NaSO 4 4 NaSO 4 VNa SO4 BaNO Ba NO Ba NO VBa NO BaNO V BaNO 0,1 L,410 mol de BaNO mol 0,0 L El sulfato de sodio es soluble y aporta los ioes sulfato. El itrato de bario tambié es soluble y aporta los ioes bario: mol de Na SO 4 NaSO4 4,4 10 mol de BaNO Ba NO Na SO 4 Ba NO mol de Na SO mol de NaSO 4,4 10 mol de Ba NO mol de Ba N,4 10 O mol de Na 1 mol de Na SO 4 1mol de SO4 1 mol de Na SO 4 1mol de Ba 1 mol de Ba NO mol de NO 1 mol de Ba NO mol de Na mol de SO 4,4 10 mol de Ba 4,810 mol de NO 6 Equilibrio químico 146

148 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Segú la estequiometría de la reacció, e el equilibrio: BaSO 4 Ba SO 4. atidad de sustacia (mol), Supoiedo los volúmees aditivos, calcula la cocetració de cada io: a,4 10 mol de Ba B a 0,01mol L V 0,1 0,08 L B 1 4 SO 810 mol de SO 4 4 SO4 0,004 moll V 0,10,08L Para saber si se produce precipitado de BaSO4 al mezclar dos disolucioes que cotiee sus ioes, calcula el producto ióico y compara co el K. ps Q Ba SO 4 0,010,004 4, Q es mucho mayor que K. Se trata de ua disolució sobresaturada y el exceso de sal precipitará hasta que Q K. ps ps Es la codició ecesaria para que ua sal precipite. 1 ATIVIDADES (págia 190) 1. 8 Si K ps 1,410, escribe el equilibrio de solubilidad del yoduro de plomo(ii), PbI, y calcula la solubilidad del mismo. Segú la estequiometría de la reacció: PbI Pb atidad de sustacia (mol) s s alcula el valor de la costate del producto de solubilidad: Kps Pb I s s 4s I. oocido del valor del producto de solubilidad, despeja, sustituye los datos y calcula la solubilidad: 8 K ps 1,410 s 1,510 mol L Explica, justificado la respuesta, hacia dóde se desplaza el equilibrio de precipitació si añadimos a ua disolució saturada de PbI volúmees de otra disolució de ai. Se disolverá más o meos el yoduro de plomo(ii)? Si añadimos al equilibrio ai, sal soluble e agua, la cocetració de I aumeta Q K. ps El sistema se desplaza hacia la izquierda para reestablecer el equilibrio, dismiuyedo la solubilidad del compuesto. ATIVIDAD (págia 19). El hidróxido de cadmio(ii) es ua sustacia cuyo producto de solubilidad es 7, a 5 º, y aumeta al elevar la temperatura. Justifica si so verdaderas o falsas las siguietes afirmacioes: a) El proceso de solubilizació de esta sustacia es exotérmico. b) La solubilidad a 5 º tiee u valor de 1, g L 1. c) Esta sustacia se disuelve más fácilmete si se reduce el p del medio. Datos: M() 1,008; M(O) 16,00; M(d) 11,4. 6 Equilibrio químico 147

149 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Falsa. Si al aumetar la temperatura, aumeta el producto de solubilidad, es porque la reacció se está desplazado a la formació de reactivos; es decir, a la derecha. Y si ua reacció se desplaza a la derecha cuado aumeta la temperatura la reacció es edotérmica, ya que se desplaza e el setido e el que se cosume calor y cotrarresta el aumeto de temperatura. b) Falsa. Segú la estequiometría de la reacció: do d atidad de sustacia (mol) s s alcula el valor de la costate del producto de solubilidad: Sustituye el valor de solubilidad: Kps d O s s 4 s K 7,10 s 1,10 mol L ps 5 1 O. Expresa la solubilidad e uidades de g L 1, utilizado para ello la masa molar del do : 1 M d O 11,4 16,00 1, ,416 g mol s 5 1,10 mol L 146,416 g 1 mol 1,7810 gl 1,4 10 g L c) Verdadera. Si dismiuye el p, aumeta la cocetració de O, lo que provoca que los ioes O reaccioe eutralizado y forme agua. El efecto fial será la dismiució de la cocetració de ioes O. Así Q K y, por tato, se producirá u desplazamieto hacia la derecha, aumetado así la solubilidad del do. ps ATIVIDAD (págia 194) 4. E el proceso aber-bosch para la sítesis de amoiaco tiee lugar la reacció e fase gaseosa siguiete: N (g) (g) N (g) 0 9,6 kj a) Explica cómo debe variar la presió, el volume y la temperatura para que el equilibrio se desplace hacia la formació de amoiaco. b) ometa las codicioes reales de obteció del compuesto e la idustria. a) Al tratarse de ua reacció dode dismiuye los moles gaseosos, u aumeto de presió favorecerá el desplazamieto hacia la formació de amoiaco. Ua dismiució de volume provocará u aumeto de cocetració y tambié desplazará el equilibrio hacia dode exista meos moles gaseosos; es decir, hacia la formació de amoiaco. Ua dismiució de temperatura favorece el setido e que la reacció es exotérmica. La reacció es exotérmica, por lo que al dismiuir la temperatura se favorece la sítesis del amoiaco. b) A iicios del siglo XX la fuete atural de compuestos itrogeados era el NaNO, que resulta de la trasformació de excremetos de aves marias. Esta fuete o era suficiete para mateer el cosumo aual de compuestos itrogeados. Para producir a gra escala este tipo de compuestos era ecesario ecotrar otra fuete de itrógeo. Esta molécula es el compoete mayoritario del aire que os rodea, pero es muy estable (cotiee u elace triple) y muy difícil de romper. Esto represeta ua dificultad iicial para formar cualquier compuesto itrogeado. Este problema lo resolvió e 1909 el químico alemá Fritz aber co la sítesis idustrial del amoiaco, molécula precursora del resto de compuestos itrogeados: N (g) (g) N (g) Este proceso fue perfeccioado idustrialmete e años siguietes por el tambié alemá arl Bosch. Por eso esta reacció es coocida como sítesis de aber-bosch. 6 Equilibrio químico 148

150 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 01) Expresioes de las costates de equilibrio K y Kp. Relació etre ambas 5. E la reacció de formació del amoiaco: N (g) (g) N (g) se alcaza el equilibrio a 7 º co la costate de equilibrio K 0,9. E u recipiete de L hay 1 mol de itrógeo, mol de hidrógeo y 1 mol de amoiaco. Determia hacia dóde evolucioará el equilibrio al elevar la temperatura hasta 7 º. alcula el cociete de reacció e las codicioes del euciado: Q K 1mol den N L Q 0,148 N 1mol den mol de L L 0,148 0,9 : el sistema o está e equilibrio. Al haber meor cocetració de productos que e el equilibrio, la reacció evolucioará hacia la derecha para aumetar la cocetració de productos y así alcazar el equilibrio. g g g N N 6. Para la reacció: O(g) O(g) (g) O (g), la costate K 8,5 a 900 º. E u recipiete de 15 L se itroduce iicialmete 10 mol de O y 5 mol de O y se eleva la temperatura a 900 º. Determia e el equilibrio: a) La cocetració de cada compuesto. b) La presió total de la mezcla. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Og Og g O g Iicial E reacció x x x x E equilibrio 10 x 5 x x x ocetració e equilibrio (mol L 1 ) 10 x 5 x x 15 x 15 Escribe la expresió de la costate de equilibrio, ordéala y sustituye los valores: K O OO x x x 5 x x 10 x5 x 8,5 Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los posibles valores de x so: x1 1,57mol y x 4,54mol. Descarta el primer valor ya que o puede reaccioar u valor egativo de moles. Luego x 4,54 mol. alcula la cocetració de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: O 10 x mol 10 4,54mol O 4,710 mol L V L 15L 15L 1 6 Equilibrio químico 149

151 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO O 5 x mol 5 4,54mol O,6610 moll V L 15L 15L x mol 4,54mol 1,610 moll V L 15L 15L O x mol 4,54mol 1 O,610 moll V L 15L 15L b) oocido el valor de x, calcula la catidad total de partículas como la suma de las catidades que iterviee de cada especie e el equilibrio: O O 5 T O 10 x x x x 15mol Aplica la ecuació geeral de los gases ideales para calcular la presió total de la mezcla: pv T R T Despeja la presió, sustituye los datos coocidos y opera: 1 p T RT V 15 mol 0,08 atm L mol K 15 L K 11,54 atm 7. E la reacció: Pl 5(g) Pl (g) l (g), la costate de equilibrio a la temperatura 760 K vale K,. Se iyecta e u recipiete de 0 cm simultáeamete 1,50 g de Pl 5 y 15,0 g de Pl. alcula la cocetració de cada sustacia e el equilibrio, a esa temperatura. Datos: M(P) 0,97 g mol 1 ; M(l) 5,45 g mol 1. alcula los moles que hay de cada sustacia a partir de la masa molar: M Pl 5 M Pl 0,97 55,45 08, gmol 0,97 5,45 17, gmol 1 1 Pl 1,5 g de Pl 5 5 1mol 08, g de Pl 1mol Pl 15 g de Pl 0,109mol de Pl 17, g de Pl Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Pl5 g Pl g l g Iicial 7, 10 0,109 0 E reacció x x x E equilibrio 7,10 x 0,109 x x 5 7,10 mol de Pl5 ocetració e equilibrio (mol L 1 ) 7,10 0,0 x 0,109 x 0,0 x 0,0 Escribe la expresió de la costate de equilibrio y sustituye los valores: 0,109 x x 0,0 0,0 K 7,10 x Pl l Pl 5 0,0 x 0,109 x 0,0 7,10 x, 6 Equilibrio químico 150

152 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los posibles valores de x so: x1 1,11 y x 0, Descarta el primer valor ya que o puede reaccioar u valor egativo de moles. Luego alcula la cocetració de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: Pl Pl l 5 x 0,00645mol. Pl 7,10 x mol 7,10 6,4510 mol 5 0,05 moll V 0,0L 0,0L Pl 0,109 x mol 0,109 6,4510 mol,84 moll V 0,0L 0,0L l x mol 6,4510 mol 0,15 moll V 0,0L 0,0L E u recipiete de,4 L se itroduce iicialmete mol del compuesto A y mol del compuesto B y se calieta a 500 º hasta que se alcaza el equilibrio idicado por la reacció: Ag B g g. Si la fracció molar del compuesto e la mezcla del equilibrio es 0,6, calcula: a) La cocetració de cada compuesto e el equilibrio. b) El valor de las costates de equilibrio K y K p. c) La presió total e el recipiete cuado se alcaza el equilibrio a 500 º. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Ag Bg g Iicial 0 E reacció x x x E equilibrio x x x ocetració e equilibrio (mol L 1 ) x,4,4 x x,4 alcula la catidad total de partículas sumado el úmero de moles de cada especie que iterviee e el equilibrio: T A B x x x 4 mol Deduce el valor de x a partir del valor de la fracció molar de e el equilibrio. x 0,6 x 1,mol 4 oocido el valor de x, sustituye y calcula la cocetració de cada especie e el equilibrio: T A A x mol 1, mol V,4 L,4 L 0, moll B B x mol 1, mol V,4 L,4 L 0, moll xmol 1, mol 1 moll V,4 L,4 L b) alcula el valor de la costate de equilibrio, K, sustituyedo los valores que ecotraste e el apartado aterior: Utiliza la relació etre K y K p: 1 K 9 AB 0, 0, 11 0 Kp K R T 9 0, , Equilibrio químico 151

153 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Aplica la ecuació de estado de los gases ideales para calcular la presió total de la mezcla: Despeja la presió, sustituye los datos y opera: pv T R T p RT T V 4 mol atm L 0,08 mol K,4 L K 105,6 atm 9. El amoiaco reaccioa a 98 K co oxígeo molecular y se oxida a moóxido de itrógeo y agua, siedo ua reacció exotérmica. a) Ajusta la ecuació química co coeficietes estequiométricos eteros. b) Escribe la expresió de la costate de equilibrio K. c) ómo se modifica el equilibrio si aumeta la presió total a 98 K? Todos los compuestos so gaseosos a excepció del O, que se ecuetra e estado líquido. d) ómo se puede aumetar el valor de K? a) g g g l 4 N 5 O 4 NO 6 O. b) K NO O N O c) Al aumetar la presió y mateer costate la temperatura, dismiuye el volume, aumetado así la cocetració. El equilibrio se desplazará hacia dode hay meos moles gaseosos para compesar este aumeto. E este caso hay 9 moles gaseosos e los reactivos y 4 moles e los productos, por lo que se desplazará hacia la formació de productos. d) Modificado la temperatura, que es el úico factor que ifluye e K. Al ser ua reacció exotérmica, K aumetará si dismiuimos la temperatura, ya que el equilibrio se desplazará hacia la formació de productos. 0. Al caletar petacloruro de fósforo a 50 º, e u reactor de 750 cm de capacidad, se descompoe segú: g g g Pl Pl l 5 Si ua vez alcazado el equilibrio el grado de disociació es 0,8, y la presió total, de 0,85 atm, calcula: a) El úmero de moles de Pl 5 iiciales. b) La costate K p a esa temperatura. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Pl5 g Pl g l g Iicial E reacció E equilibrio 0 1 La catidad total es la suma de los moles de cada sustacia e el equilibrio: Despeja la catidad iicial: mol T Pl5 Pl l T T alcula el valor de partículas totales usado la ecuació de estado de los gases ideales. Despeja, sustituye y opera: 0 6 Equilibrio químico 15

154 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO pv pv TR T T RT 0,85 atm 0,75 L atm L 0, K mol K 0,0149mol alcula la catidad iicial, sustituye los valores coocidos: 0, ,0086 mol 1 0,8 b) E primer lugar calcula las presioes parciales e el equilibrio: 8,610 mol Pl 5 ppl 5 Pl p 5 T pt p p p Pl Pl Pl T T T T ,8 pt pt 0,85 atm 0,094 atm , ,8 pt pt 0,85 atm 0,7 atm ,8 l p l l p T pt T 0 0 0,8 pt pt 0,85 atm 0,7 atm ,8 Sustituye e la expresió de K : p ppl p 0,7 l KP 1,51 p 0,094 Pl5 1. E u recipiete de,5 L se itroduce,1 mol de Pl 5(g) y 1,4 mol de Pl (g). Al elevar la temperatura a 50 º se establece el siguiete equilibrio: Pl 5(g) Pl (g) l (g). Sabiedo que K a esa temperatura vale 0,04, calcula: a) La cocetració de l e el equilibrio. b) El valor de K p a esa misma temperatura. c) El grado de disociació alcazado por el Pl 5. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Pl5 g Pl g l g Iicial,1 1,4 0 E reacció x x x E equilibrio,1 x 1,4 x x Escribe la expresió de la costate de equilibrio, sustituye las expresioes de las cocetracioes y ordea. Por último, sustituye el valor de la costate de equilibrio: K Pl l Pl 5 Pl l V V Pl5 V Pl l 1,4 x x V,5, 1x Pl5 0,04 Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los valores de x so: x 1 1,69 y x 0,145. Descarta el primer valor ya que o puede ser u valor egativo. Luego x 0,145mol. alcula la cocetració del cloro e el equilibrio sustituyedo el valor de x: 6 Equilibrio químico 15

155 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1 5, l 0,058mol L moll l x mol 0,145 mol V,5L,5L b) Para hallar Kp utiliza la expresió que relacioa K y Kp, teiedo e cueta que, por la estequiometría Pl l Pl de la ecuació, Sustituye los datos y opera: 1 1,8 KP K RT 0,04 0, c) Dado que el grado de disociació es igual al cociete etre la catidad de reactivo que ha reaccioado y la catidad de reactivo iicial: x 0,145 0,064,1 0 ATIVIDADES FINALES (págia 0). Pl5 A ua temperatura de 00 º y a la presió de 1 atm, el K y Kp Pl y el grado de disociació del 5 Pl l. se disocia u 49,5 % e y alcula las costates a la misma temperatura pero a 10 atm de presió. Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Pl5 g Pl g l g Iicial E reacció E equilibrio ocetració e el equilibrio (mol L 1 ) 0 V 1 0 V 0 V Sustituye e la expresió de K : 0 K 5 1 V Pl l V 0 Pl 0 V 1 La catidad total de partículas es la suma de los moles de cada sustacia e el equilibrio: De dode se despeja la catidad iicial: 1 1 T Pl5 Pl l T 1 Sustituyedo y ordeado e la expresió de la costate de equilibrio: T 0 1 T T K V 1 V 1 V 1 V 1 Despeja de la ecuació de estado de los gases: T T p pv T RT p RT V V RT Se sustituye esta igualdad e la expresió de la costate de equilibrio: 6 Equilibrio químico 154

156 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sustituye los valores coocidos y opera: T p K V 1 RT 1 K 1 0,495 8,710 0, ,495 Para hallar Kp utiliza la expresió que relacioa K y Kp, teiedo e cueta que, por la estequiometría de la ecuació, ( Pl l ) Pl (1 1) Sustituye los datos y opera: Escribe las presioes parciales: Sustituye e la expresió de K : p 1 0,45 KP K RT 8,510 0, Pl 5 ppl 5 Pl p 5 T pt Pl ppl Pl p T pt l p p p l l T T T T T pt p pt p p p 1 T 1 T T T pt p Pl p l 1 K p p 1 Pl5 pt p T pt 1 p T Despeja : Kp Kp Kp Kp Kp p T 1 1 p 1 p p p T T T T Kp Kp K p Kp K p / pt Kp 1 p p p p 1 K / p p K T T T T p T T p Sustituye, sabiedo que si la temperatura o cambia, tampoco lo hace el valor de la costate de equilibrio, y opera: Kp 0,45 0,177 17,7 % p K 10 0,45 T p. Ua mezcla gaseosa de 1 L, costituida iicialmete por 7,94 mol de hidrógeo gaseoso,, y 5,0 mol de yodo gaseoso, I, se calieta a 445 º. E el equilibrio se forma 9,5 mol de yoduro de hidrógeo tambié gaseoso. a) alcula el valor de la costate de equilibrio K a dicha temperatura. b) Si hubiésemos partido de 4 mol de hidrógeo gaseoso y mol de yodo gaseoso, cuátos moles de yoduro de hidrógeo gaseoso habría e el equilibrio? a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) g I g Iicial 7,94 5,0 0 I g. Reaccioa x x x E equilibrio 7,94 x 5,0 x x 6 Equilibrio químico 155

157 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO omo se alcaza el equilibrio se forma 9,5 mol de yoduro de hidrógeo, despeja para calcular el valor de x: x 9,5 x 4,76mol alcula ahora la costate de equilibrio. E este caso, como el volume de la disolució es 1 L: x I I V 1L 9,5 K 5,78 I I 7,94 x 5,0 x 7,94 4,76 5,0 4,76 V V 1L 1L b) Establece las uevas codicioes: atidad (mol) g I g Iicial 4 0 I g. Reaccioa x x x E equilibrio 4 x x x K omo se alcaza el equilibrio co 5,78, escribe la expresió de la costate de equilibrio y sustituye los datos coocidos: x x x I K 5,78 I 4 Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los valores de x so: x 1 1,875 y x 4,617. Descarta el segudo valor ya que la catidad que reaccioa o puede ser mayor que la iicial. Luego x 1,875mol. Por tato, e el equilibrio habrá I x 1,875,75 mol de yoduro de hidrógeo. 4. E el equilibrio a 70 º: g g ½ g SO SO O. Si a ua presió total de 0,5 atm el trióxido de azufre se ecuetra disociado e u 69 %, calcula: a) Las presioes parciales de cada gas e el equilibrio. K y Kp. b) Los valores de Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) SOg 1 O SOg g Iicial E reacció E equilibrio La catidad total de partículas es la suma de los moles de cada sustacia e el equilibrio: 1 1 T S O SO O alcula las presioes parciales de cada gas e el equilibrio: SO ps O SO p T pt T p 0,69 T pt 0,5 atm 0,0576 atm 1 0, Equilibrio químico 156

158 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO SO ps O SO p T pt O po O p T pt b) Sustituye los valores calculados e la expresió de K p: T T ,69 pt pt 0,5 atm 0,18 atm 1 0, ,69 pt pt 0,5 atm 0,0641 atm 1 0,69 1 p O 0,180,0641 SO 1 pso KP 0,568 p 0,0576 Para hallar K utiliza la expresió que relacioa K y K p. Teiedo e cueta que la variació del úmero de 1 1 ( SO O ) SO 1 1. moles gaseosos es: Despeja, sustituye los datos y opera: Kp 0,564 K K RT K 0,065 RT 0, p La costate de equilibrio es Kp 1,05 para la reacció Pl 5( g) Pl ( g) l ( g) a la temperatura de 50 º. La reacció se iicia co ua mezcla de los tres gases. Las presioes parciales iiciales de cada uo de los gases so p 0,177 atm, p 0, atm y p 0,111 atm. Determia: Pl5 Pl a) El valor de K a dicha temperatura. l b) Las cocetracioes de todas las especies presetes ua vez alcazado el equilibrio. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Para hallar K utiliza la expresió que relacioa K y K p. Teiedo e cueta que la variació del úmero de moles Pl l Pl , 5 gaseosos es: despeja, sustituye los datos y opera: Kp 1,05 K K RT K 0,045 RT 0, p 1 b) oocidas las presioes co las codicioes iiciales, para saber hacia dóde evolucioa la reacció calcula el cociete de reacció: omo Qp Kp ppl p l 0,0,111 Qp 0,198 p 0,177 Pl5 0,14 1,05, la reacció evolucioa hacia la formació de productos. Establece las presioes co las codicioes e el equilibrio: Presió (atm) Pl5 g Pl g l g Iicial 0,177 0, 0,111 E equilibrio 0,177 x 0, x 0,111 x E el equilibrio K p: K P p p Pl l p Pl5 0, x0,111 x 0, 177 x 1,05 6 Equilibrio químico 157

159 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los valores de x so: x 1 1,4919 y x 0, Descarta el primer valor ya que la presió o puede ser egativa. Por eso x 0,10798 atm. Luego los valores de las presioes e el equilibrio so: p Pl5 p Pl p l 0,177 x atm 0,177 0,10798 atm 0,069 atm 0, x atm 0, 0,10798 atm 0,1 atm 0,111 x atm 0,111 0,10798 atm 0,19 atm Aplica la ecuació de estado de los gases ideales a cada sustacia para calcular la cocetració e el equilibrio de cada ua de ellas. Sustituye los valores y opera: p pv RT p RT V V RT Pl 5 Pl5 Pl 5 Pl l p 0,069 am t V RT atm L 0,08 mol K 50 7 K Pl p Pl 0,1 am t V RT atm L 0,08 mol K 50 7 K 1,61 10 moll 1 7,7 10 moll 1 l p l 0,19 am t 1 5,11 10 moll V RT atm L 0,08 mol K 50 7 K 6. El yodo reaccioa co el hidrógeo segú la reacció expresada por la siguiete ecuació: g g g I I Al aalizar la masa coteida e u recipiete de 1 L co ua mezcla gaseosa de yodo, hidrógeo y yoduro de hidrógeo a 7 º y e equilibrio, dio el siguiete resultado: 0,8 g de I; 0,71 g de I y 0,004 g de. a) uál es la presió de cada gas e el equilibrio a 7 º, y la presió total e el iterior del recipiete? b) Escribe la expresió de la costate de equilibrio K p para la reacció idicada y calcula su valor umérico. Datos: R 0,08 atm L K 1 mol 1 ; M() 1,008; M(I) 16,9. a) E primer lugar calcula la catidad que hay de cada sustacia (e mol): 1 mol de 0,004 g de,016 g de 1 mol de I I 0,71 g de I 5,8 g de I I 1 mol de I 0,8 g de I 17,908 g de I 1,9810 mol 1,4610 mol,110 mol alcula la catidad total e el equilibrio: T I I 1,98 10 mol 1,46 10 mol,1 10 mol 5,66 10 mol A través de la ecuació de los gases ideales calcula la presió total: RT pv RT p V alcula ahora las presioes parciales: 5,66 mol atm L 0,08 mol K 1L 7 7 K 0,6 atm 6 Equilibrio químico 158

160 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO I pi I pt pt I pi I p T pt p p T pt T T T,110 mol 5,6610 mol 1,4610 b) Sustituye los valores calculados e la expresió de K p : K p mol 5,6610 mol 1,9810 mol 5,6610 mol pi 0,0885 p p 0,0585 0,0794 0,6 atm 0,0885 atm 0,6 atm 0,0585 atm 0,6 atm 0,0794 atm 1,69 I 7. La costate de equilibrio es K 4,, para la reacció g O g Og Og a 1650 º. Al iicio se iyecta 0,8 mol de y 0,8 mol de O e u recipiete de 5 litros y se espera a alcazar el equilibrio. alcula: a) La cocetració de las especies e equilibrio. b) El valor de Kp a 1650 º. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) g O g O g Og Iicial 0,8 0,8 0 0 E reacció x x x x E equilibrio 0,8 x 0,8 x x x ocetració e equilibrio (mol L 1 ) 0,8 x 5 0,8 5 x x 5 x 5 alcula el valor de x a partir del valor de la costate de equilibrio K.Sustituye las expresioes de las cocetracioes, ordea y simplifica: K x x 4, 5 5 OO 5 5 x O 0,8 x 0,8 x 0,8 x Resuelve la ecuació de segudo grado aterior. Los valores de x so: x 1 0,576 y x 1,56. Descarta el segudo valor ya que o puede ser mayor el úmero de moles que reaccioa que el existete iicialmete. Por eso x 0,576mol. alcula la cocetració de cada especie e el equilibrio sustituyedo el valor de x: O V O x mol 5L 0,576 mol 0,108 moll 5L O x mol 0,576 mol 1 O 0,108 moll V 5L 5L 0,8 x mol 0,8 0,576 mol 1 0, 054 moll V 5L 5L O 0,8 x mol 0,8 0,576 mol O 0, 054 moll V 5L 5L b) Para hallar K utiliza la expresió que relacioa K y Kp. Teiedo e cueta que la variació del úmero de O O O , moles gaseosos es: despeja, sustituye los datos y opera: 1 0 4, K K RT K K RT K K p p p 1 6 Equilibrio químico 159

161 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 0) 8. A la temperatura de 5 K se itroduce 0,1 mol de Pl 5 e u recipiete A, de volume coocido 1,5 L, y 0,1 mol e otro recipiete B. E cada recipiete, por separado, se establece el equilibrio: Pl g Pl g l g 5 La catidad de Pl 5 e el recipiete A se reduce u 50 %; y u 90 % e el recipiete B. Todas las especies se ecuetra e fase gaseosa. alcula: a) La presió e el equilibrio e el recipiete A. b) La costate de equilibrio K. c) El volume del recipiete B. d) La presió e el equilibrio e el recipiete B. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Pl5 g Pl g l g Iicial E reacció E equilibrio ocetració e el equilibrio (mol L 1 ) 0 V 1 0 V 0 V La catidad total es la suma de los moles de cada sustacia e el equilibrio: 1 1 T Pl5 Pl l Para el recipiete A teemos que: la catidad iicial de petacloruro de fósforo es 0 0,1mol, y el grado de disociació es 50 % 0,5. Por eso la catidad de partículas total e el equilibrio es: T 0,1 10,5 0,15mol o la ecuació de estado de los gases ideales calcula la presió e el equilibrio. Despeja, sustituye y opera: b) Sustituye e la expresió de K : T RT pv T RT p V atm L 0,15 mol 0,08 5 K mol K 1,5 L 4,6 atm K 0 0 A VA V A V Pl l Pl A A A 0A 0, 10, 5 0,0 V A 1 1,5 1 0, 5 A c) Teiedo e cueta que e el recipiete B el grado de disociació es del 90 %, calcula la catidad de cada especie e el equilibrio: Sustituye e la expresió de 1 0,1 1 0,9 0,01 mol Pl5 0,1 0,9 0,09 mol Pl 0 B 0 B 0,1 0,9 0,09 mol l 0 B K y calcula el volume del recipiete B: 6 Equilibrio químico 160

162 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 0,09 Pll VB 0,09 K 0,0 Pl5 0,01 VB 0,01 V Resuelve la ecuació, y el volume del recipiete B es VB 4, L. d) alcula la catidad de partículas totales e B cuado se alcaza el equilibrio: B T Pl P l l 0 1B 0,1 1 0,9 0,19mol 5 Aplica la ecuació de estado de los gases ideales para calcular la presió e el equilibrio. Despeja, sustituye los valores y opera: T RT pv T RT p V atm L 0,19 mol 0,08 5 L mol K 4, L 0,41 atm Factores que afecta al equilibrio. Pricipio de Le hâtelier 9. Dado el siguiete equilibrio e el que todas las especies químicas so gaseosas: O O O ; 565 kj, explica cómo ifluye sobre el desplazamieto del equilibrio las siguietes variacioes: a) U aumeto de la temperatura. b) Ua dismiució e la presió. c) U aumeto de la cocetració de oxígeo. a) U aumeto de temperatura desplaza el equilibrio e el setido edotérmico de la reacció. omo se trata de ua reacció exotérmica, u aumeto de temperatura desplazará el equilibrio hacia la izquierda. O O O b) Si dismiuye la presió, aumeta el volume y dismiuirá la cocetració de las especies reaccioates. El equilibrio compesará el cambio evolucioado hacia dode se produzca u mayor úmero de moles gaseosos. E este caso, evolucioará hacia la izquierda, hacia la formació de reactivos. O O O c) Dado que Q O O O, al aumetar la cocetració de O, Q dismiuirá, por lo que Q K y la reacció se desplazará hacia la derecha, hasta que recupere de uevo el valor de la costate de equilibrio. O O O 40. El io amoio, N 4, es u ácido débil que se disocia parcialmete de acuerdo co el siguiete equilibrio: 0 N4 aq O l N aq O aq ; 5, kj Explica cuál es el efecto sobre el aumeto o dismiució de la cocetració de amoio, si después de alcazarse el equilibrio se itroduce los siguietes cambios: a) Añadir ua pequeña catidad de ácido fuerte (como cloruro de hidrógeo, l). b) Añadir ua pequeña catidad de base fuerte (como hidróxido de sodio, NaO). c) Adicioar más amoiaco, N. d) Agregar ua pequeña catidad de Nal. e) Elevar la temperatura de la disolució. 6 Equilibrio químico 161

163 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Si se añade al equilibrio u ácido fuerte como el l, la cocetració de ioes O aumeta. Parte de estos reaccioa co el amoiaco para producir el amoio y agua, recuperado así el equilibrio alterado. Por lo que aumeta la cocetració del ácido débil amoio, N 4. b) Si se añade al equilibrio ua base como el NaO, la cocetració de O aumeta. Parte de estos reaccioará co los ioes O para formar agua. Al desaparecer esta especie, el sistema evolucioa desplazádose hacia la derecha. Por lo que dismiuye la cocetració del ácido débil amoio, N 4. c) Si se añade N al equilibrio, se icremetará su cocetració. El sistema evolucioará hacia la izquierda para volver a recuperar el equilibrio. Por lo que aumeta la cocetració del ácido débil amoio, N 4. d) Si se añade Nal, se disociará completamete o afectado para ada al equilibrio. Por lo que o cambia la cocetració del ácido débil amoio, N 4. e) Si se aumeta la temperatura del sistema, al ser u sistema edotérmico, este absorbe el calor y se desplaza hacia la formació de productos. Por lo que dismiuye la cocetració del ácido débil amoio, N osiderado la reacció: g g S g afirmacioes so verdaderas o falsas. SO O O, explica si las siguietes a) U aumeto de la presió lleva a ua mayor producció de SO. b) Ua vez alcazado el equilibrio, deja de reaccioar las moléculas de SO y Oetre sí. c) El valor de Kp es superior al de K, a temperatura ambiete. d) La expresió de la costate de equilibrio e fució de las presioes parciales es: K p p SO O p ps O a) Verdadera. Si aumeta la presió, dismiuye el volume y aumetará la cocetració de las especies reaccioates. El equilibrio compesará el cambio evolucioado hacia dode se produzca u meor úmero de moles gaseosos. E este caso, evolucioará de izquierda a derecha, hacia la formació de SO. b) Falsa. Se trata de u equilibrio diámico dode etre las moléculas cotiúa produciédose la reacció, tato e setido directo como iverso. osiderado el sistema e cojuto, parece como si la reacció se hubiese parado, ya que, e u itervalo de tiempo dado, se produce tatas moléculas de reactivo o producto como moléculas de reactivo o producto se cosume e los procesos iversos. El efecto fial es que las catidades de reactivos y productos permaece costates. p. K K RT c) Falsa. Se cumple que: estequiometría de la reacció omo a temperatura ambiete RT 4, 6 1, y segú la SO SO O K Etoces: p K 4,6 1. d) Falsa. E la costate de equilibrio se expresa u cociete que sitúa e el umerador los productos, y e el deomiador los reactivos: K p SO p ps O p O. 4. La siguiete reacció ocurre e u recipiete de 5 L de capacidad: Og lg Ol g. Después de alcazar el equilibrio hay 7,5 mol de O g, 7,5 mol de l g y 75 mol de g a) alcula el valor de la costate K. Ol. b) Se añade ahora,5 mol de cloro. alcula el cociete de reacció Q e las uevas codicioes. Explica hacia dóde se desplaza el equilibrio. a) Escribe la expresió, sustituye los valores coocidos y opera: 6 Equilibrio químico 16

164 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 75mol Ol 5L K 6,6 6,67 O l 7,5mol 7,5mol 5L 5L b) Ahora tedrás 7,5 mol de O; al añadir más gas cloro 7,5,5 10 mol de l ; y 75 mol de Ol. o estos uevos valores calcula el cociete de reacció: 75mol Ol 5L Q 5 O l 7,5mol 10 mol 5L 5L omo Q K, sigifica que hay más reactivos o meos productos que e el equilibrio, y el sistema, para compesarlo, evolucioará hacia la derecha Explica qué parte es verdadera y qué parte es falsa e las siguietes comparacioes etre magitudes termodiámicas y ciéticas: a) E ua reacció exotérmica tato la etalpía de reacció como la eergía de activació so egativas. b) Las costates de velocidad y de equilibrio so adimesioales. c) U aumeto de temperatura siempre aumeta los valores de las costates de velocidad y de equilibrio. d) La presecia de catalizadores aumeta tato la velocidad de reacció como la costate de equilibrio. a) Es verdadero que la etalpia de reacció es positiva; es falso que la eergía de activació siempre es positiva. b) Ambas falsas, ambas costates tiee uidades auque o se use. c) Es verdadero que la costate de velocidad aumeta co la temperatura; es falso que la costate de equilibrio aumete siempre, si la reacció directa es exotérmica, puede dismiuir la costate (ver ecuació de Va t off). d) Es verdadero que la presecia de catalizadores aumeta la velocidad de la reacció; es falso que la costate de equilibrio permaece igual e presecia de catalizadores. Explica la veracidad o falsedad de la afirmació: «Para ua reacció co T cte. dode úicamete so gases los productos, el valor de la costate de equilibrio dismiuye al dismiuir el volume del recipiete». Falso. E ua reacció dode úicamete so gases los productos, AsBs g D g, la costate de equilibrio es directamete proporcioal a las cocetracioes de los productos K D. E caso de dismiuir el volume del recipiete, la cocetració aumeta y, por tato, la costate de equilibrio tambié aumetará: D K D V V ATIVIDADES (págia 04) 45. La costate de equilibrio a 700 K vale 0,018 para la reacció Ig g I g. Si se itroduce,0 mol de I e u recipiete de 5 L que estaba vacío y se deja alcazar el equilibrio: a) Qué catidad de I se forma? b) uál es la presió total? c) uál será la cocetració de I e el equilibrio si a la misma temperatura se aumeta el volume al doble? Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: 6 Equilibrio químico 16

165 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO atidad (mol) Ig g + I g Iicial 0 0 E reacció x x x E equilibrio x x X ocetració e el equilibrio (mol L 1 ) x 5 x 5 omo se alcaza el equilibrio co K 0,018: escribe la expresió de la costate de equilibrio, sustituye las expresioes de las cocetracioes, ordea la expresió y sustituye el valor de la costate. x x I 5 5 x K 0,018 I x x 5 Resuelve la ecuació de segudo grado aterior y los valores de x so: x1 0,556 y x 0,194. Descarta el primer valor ya que o puede ser u valor egativo. Luego x 5 x 0,194mol. Por tato, la catidad de I que se forma e el equilibrio es: I 0,194 mol b) alcula la catidad total de partículas. Es la suma de los moles de cada sustacia e el equilibrio: I I T x x x mol Aplica la ecuació de estado de los gases ideales para calcular la presió e el equilibrio. Despeja la presió, sustituye y opera: p V R T p RT T T V atm L mol 0,08 mol K 5L 700 K 4,44 atm c) omo 0, u aumeto de volume (a temperatura costate) o afectará al equilibrio. Sí afectará a la cocetració de I, ya que el volume pasa de 5 a 10 L: I x 4 I mol 0,19 mol V 10L 10 L 0,6 mol L El trióxido de azufre, SO, suele ecotrarse e la atmósfera próxima a las zoas idustriales como cosecuecia de la oxidació del dióxido de azufre, SO, segú el siguiete equilibrio: S SO g O g O g ; 0 Eucia y explica tres formas distitas de actuar sobre el equilibrio que favorezca la formació del trióxido de azufre, SO. Al dismiuir la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reacció sea exotérmica. E este caso vemos que se trata de ua reacció exotérmica e su setido directo, ya que preseta ua etalpía egativa. Al dismiuir la temperatura, se favorecerá la formació de SO. Al aumetar la presió, aumetará la cocetració de las especies reaccioates. El equilibrio compesará el cambio evolucioado hacia dode se produzca u meor úmero de moles gaseosos. Así, al aumetar la presió evolucioará de izquierda a derecha (meos moles gaseosos), hacia la formació de SO. El mismo efecto aterior tedríamos al dismiuir el volume. Otra forma sería elimiar catidad de SO. Si hay meos trióxido de azufre, dismiuye su cocetració y el equilibrio se desplaza hacia la derecha. ualquier reacció que use el SO como reactivo reduce la presecia de esta especie dismiuyedo la catidad presete e el equilibrio. 6 Equilibrio químico 164

166 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Equilibrios heterogéeos. Reaccioes de precipitació 47. alcula la solubilidad del fluoruro de plomo(ii) a la temperatura de 18 º sabiedo que 8 su producto de solubilidad es K ps, 10. uáles so las cocetracioes de F y de Pb e ua disolució saturada de dicha sal a la misma temperatura? Segú la estequiometría de la reacció: PbF s Pb aq F aq. ocetració (mol L 1 ) s s alcula la expresió de la costate del producto de solubilidad: oocida la expresió, despeja, sustituye los datos y opera: Las cocetracioes e la disolució saturada a 18 º es: Kps Pb F s s 4 s 8 K ps,10 s 10 mol L 4 4 Pb s F s 410 moll 10 moll La costate del producto de solubilidad del dihidróxido de cobre a 5 º es K ps,110. alcula la solubilidad del compuesto e agua. Expresa el resultado e molaridad y e gramos por litro. Datos: M() 1,008 g mol 1 ; M(O) 16,00 g mol 1 ; M(u) 6,55 g mol 1. Segú la estequiometría de la reacció: uo u ocetració (mol L 1 ) s s alcula la expresió de la costate del producto de solubilidad: Kps u O s s 4s O. oocido el valor del producto de solubilidad, despeja, sustituye los datos y calcula la solubilidad: 0 K ps,110 s 1,7410 mol L 4 4 Para expresar la solubilidad e gramos por litro calcula primero la masa molar: M u O 6,55 16,00 1,008 97,566 g mol s 1, mol L 97,566g mol 1,7010 mol L Ua disolució saturada de cloruro de plomo(ii) cotiee, a 5 º, ua cocetració de Pb de 1,6 10 mol L 1. s aq aq Pbl Pb l a) alcula la cocetració de l de esta disolució. b) alcula su producto de solubilidad a dicha temperatura. c) Razoa si aumeta o dismiuye la solubilidad del cloruro de plomo al añadir Nal. 6 Equilibrio químico 165

167 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Segú la estequiometría de la reacció: Pbl s Pb aq l aq. ocetració (mol L 1 ) s s oocida la cocetració de Pb e el equilibrio: Sustituye el valor de s y opera: Pb s 1,6 10 mol L 1 1 l s 1,610 moll b) alcula el valor de la costate del producto de solubilidad:,10 mol L Kps Pb l s s 4s 4 1, , c) Si se añade Nal (sal soluble) aumetará la cocetració del io comú, l, luego la reacció se desplazará hacia la izquierda para restablecer el equilibrio; es decir, hacia la formació de Pbl. Dismiuye así la solubilidad de cloruro de plomo. Proceso aber-bosch 50. La sítesis del amoiaco por el proceso de aber-bosch sigue esta reacció: g g g N N. E u recipiete de L y a 400 K se ecuetra e equilibrio 0,80 mol de N, 0,40 mol de N y 0,50 mol de. alcula la costate de equilibrio K de la reacció a 400 K. Escribe la expresió de la costate de equilibrio, sustituye los datos coocidos y opera: K 0,80 mol L N 0,40 mol 0,50 mol L L N 51, 51. Para sitetizar amoiaco se hace pasar corrietes de itrógeo e hidrógeo e proporció estequiométrica 1: sobre u catalizador. Si se realiza a 500 º y 400 atm, se cosume el 4 % de los reactivos. El valor de 5 la costate de equilibrio a esa temperatura es K p 1,5510. Determia, e las codicioes ateriores: a) El volume (e litros) de hidrógeo ecesario para la obteció de 1 toelada de amoiaco puro. b) La fracció molar de amoiaco obteido. c) La presió total ecesaria para que se cosuma el 60 % de los reactivos. Datos: R 0,08 atm L mol 1 K 1 ; M(N) 14,01 g mol 1 ; M() 1,008 g mol 1. a) alcula primero la catidad de amoiaco que correspode co ua toelada de amoiaco e el equilibrio: M N 14,01 1,008 17,04 g mol 1 m M N 1 t de N N N 6 10 g de N 1 t de N 1mol de N 58706,1mol de N 17,04 g de N Establece las catidades co las codicioes iiciales y e el equilibrio: atidad (mol) Ng g N g Iicial E reacció 0 0 E equilibrio Equilibrio químico 166

168 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO omo e la reacció se cosume el 4 % de los reactivos, 0,4. Para calcular la catidad iicial de hidrógeo,, que se ecesita para obteer ua toelada de amoiaco e el equilibrio,. Despeja : 0 0 N 0 0 N Sustituye e y opera: 58706,1mol N 04788,8mol de 0,4 alcula el volume (e litros) que ocupa el gas hidrógeo que ecesitamos. Para ello aplica la ecuació de estado de los gases ideales. Despeja, sustituye y opera: RT pv RT V p 04788,8 mol 0,08 atm L mol K 400 atm K 451,85 L b) alcula la catidad total de todas las especies e el equilibrio: 1 1 T Sustituye las expresioes e la fracció molar de gas amoiaco. Sustituye el grado de disociació y opera: N N T 0 0,4 0 0,4 0,74 c) Ordea la expresió de la costate de equilibrio, K, p para que quede e fució del grado de disociació y la presió total: K N p N p N T N p T T 1 T N 1 p pn p N p N T p T p T pt p N T N p T K T N 1 p N p T Despeja la presió total, sustituye los valores y opera: pt 71 pt ,6 0,6 p 107 atm 7 1 K 7 10,6 1,5510 T T p T 5. Razoa qué efecto provocará e la sítesis del amoiaco: a) U aumeto de la presió. b) U exceso de hidrógeo. c) U aumeto de la temperatura. d) El uso de u catalizador. 0 N g g N g ; 9,4 k a) Al aumetar la presió, dismiuye el volume y aumetará la cocetració de las especies reaccioates. El equilibrio compesará el cambio evolucioado hacia dode se produzca u meor úmero de moles gaseosos. E este caso evolucioará de izquierda a derecha (meos moles gaseosos), hacia la formació de amoiaco. b) Al aumetar la cocetració de uo de los reactivos, el cociete de reacció dismiuirá y el sistema evolucioará hacia la derecha para restablecer el equilibrio, hacia la formació de amoiaco. J 6 Equilibrio químico 167

169 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Al aumetar la temperatura, el equilibrio se desplazará e el setido e que la reacció sea edotérmica. E este caso vemos que se trata de ua reacció exotérmica e su setido directo, ya que preseta ua etalpía egativa. Así, al aumetar la temperatura, esto hará que el equilibrio evolucioe de derecha a izquierda, hacia la formació de los reactivos, hacia el cosumo de amoiaco. d) U catalizador o afectará al equilibrio, pero sí aumetará la velocidad de sítesis del amoiaco. E la idustria se usa como catalizador Fe O 4 mezclado co promotores de la catálisis, como KO, SiO, Al O, etc. QUÍMIA EN TU VIDA (págia 06) Si se cosigue aumetar la catidad de b e sagre, hacia dóde se desplaza el equilibrio []? Al aumetar la cocetració de uo de los reactivos, el cociete de reacció dismiuirá y el sistema evolucioará hacia la derecha (formado oxi-hemoglobia) para restablecer el equilibrio. Describe cómo se desplaza el equilibrio [1] si la presió parcial de O e aire es 60 mm de g. Si la presió parcial del oxígeo e la atmósfera dismiuye a 60 mm de g hace que el equilibrio [1] se desplace hacia la izquierda. La eritopoyetia (EPO) es ua hormoa que favorece la formació de los eritrocitos que cotiee b. iertos pacietes de aemia deficitarios e esta hormoa so tratados co EPO. Debe prohibirse su comercializació solo para evitar su uso como sustacia dopate e el deporte? Respuesta libre. 6 Equilibrio químico 168

170 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 7 Reaccioes ácido-base 7 Reaccioes ácido-base 169

171 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 7 Reaccioes ácido-base 170

172 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Reaccioes ácido-base 7 PARA OMENZAR (págia 07) Ivestiga qué sustacias químicas compoe la tita. Pigmetos. Es el elemeto que da color a la tita. Represeta ua proporció del 15 %. Vehículo. Es u bariz que se prepara a altas temperaturas. Trasporta el pigmeto desde el titero hasta el sustrato. Es dode reside las propiedades del secado, peetració, viscosidad, resistecia, etc. Puede ser de base mieral o de base vegetal. Últimamete predomia el uso de bases vegetales. Aditivos que supodría el 10 % del compuesto. atalizador para acelerar el secado, como el cobalto, el magaeso, o el calcio; ceras para evitar el rozamieto, como el polietileo Por qué la celulosa del papel se altera e u ambiete ácido? Porque el sulfato de alumiio, Al (SO 4), que se usaba para la mejor fijació de la tita, reaccioaba co la humedad ambietal e ua reacció de hidrólisis. Al tratarse de ua sal de ácido fuerte y base débil geera u p ácido. E este ambiete la celulosa del papel, que es u polisacárido formado por moosacáridos, se descompoe e fragmetos meores hidrogeádose. La hidrogeació ocurre más fácilmete e ambietes de p bajo (ácido). Ivestiga qué tipo de sustacias se usa hoy e día e las impretas para que la tita quede fija e el papel. Las resias fija los pigmetos al soporte de impresió. PRATIA (págia 08) 1. o 100 ml de ua disolució de NO de cocetració 0, g ml 1. Qué volume de agua hay que añadir para trasformarla e otra de cocetració 0,1 g ml 1? alcula la masa de soluto que hay e 100 ml de disolució: m g c m c V 0, 100 ml ml soluto 1 soluto 1 Disolució, 1 VDisolució, 1 0 g Para que la cocetració sea 0,1 g ml 1, el volume de la disolució ha de ser: V Disolució, 1 m soluto c 1 0 g g 0,1 ml 00 ml omo el volume de la disolució iicial era de 100 ml, se ha de añadir 00 ml de agua para obteer la disolució co la cocetració deseada.. alcula la molalidad de,5 g de ácido acético e 400 ml de agua. La desidad fial es 1,01 g ml 1. La defiició de molalidad es: m m soluto disolvete kg Necesitas coocer la catidad de soluto e mol y la masa de disolvete e kilogramos. A partir del dato de la desidad, usa el volume de disolvete (agua) para calcular la masa de disolvete: m d m d V 1,01 V g ml 400 ml 404 g 0,404 kg 7 Reaccioes ácido-base 171

173 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Usa la masa molar del ácido acético para después calcular la catidad de soluto: M( OO) 1,01 1, ,00 60,05 g mol 1 1mol de,5 g de OO OO 60,05 g de OO 0,0416mol de OO soluto Sustituye e la defiició y opera: soluto 0,0416mol de OO m 0,10 m m kg 0,404 kg de agua disolvete PRATIA (págia 09). o 9 ml de ua disolució de hidróxido de sodio de cocetració 0 g L 1 se eutraliza el ácido acético presete e 5 ml de u viagre comercial. a) Determia la molaridad del ácido acético. b) alcula el porcetaje e masa de ácido acético e el viagre. Dato: d viagre 1 g ml 1. a) Formula los compuestos y ajusta la reacció. Se trata de ua reacció ácido-base e la que se obtiee sal más agua. Los datos so: OO NaO OONa O OO NaO OONa O 5 ml; M? 9 ml; c 0 g L 1 alcula ahora la cocetració del ácido co la catidad de NaO cosumida. o el volume y la cocetració calcula la masa de NaO: m 0 soluto c msoluto c VDisolució VDisolució g L 9 10 L 0,18 g de NaO o la masa molar y la masa de NaO, calcula la catidad de NaO: M(NaO),00 16,00 1,008 40,008 g mol 1 m M 0,18 g de NaO 1mol de NaO 40,008 g de NaO 4, mol de NaO Utiliza la estequiometría para calcular la catidad de ácido acético: 4,49910 mol de NaO 1mol de OO 1 mol de NaO 4, mol de OO alcula ahora la molaridad del viagre: 4,49910 mol de OO M 0,8998 M 0,9 M V soluto Disolució L 510 L b) alcula la pureza. Teiedo e cueta la desidad del viagre, d viagre 1 g ml 1, calcula la masa de viagre: m g dviagre m dviagre V 1 V ml 5 ml 5 g de viagre alcula ahora la masa de ácido acético puro co la catidad hallada e el apartado aterior y la masa molar: M( OO) 1,01 1, ,00 60,05 g mol 1 m M 4, mol 60,05 g 1 mol 0,7 g de OO 7 Reaccioes ácido-base 17

174 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ompara ahora ambas masas (ácido acético puro y viagre) para coocer el porcetaje e masa: m 0,7 g de ácido 5,4% m 5 g de viagre ácido acético % masa viagre 4. A temperatura ambiete, la desidad de ua disolució de ácido sulfúrico del 0 % de riqueza e masa es 1,5 g ml 1. alcula: a) Su molaridad. b) El volume de disolució ecesario para eutralizar 80 ml de disolució,5 M de KO. a) alcula la masa de disolució empleado el dato de la desidad. Supó que dispoemos de u volume de litro: m d m d V 1,5 V g ml 1000 ml 150 g de disolució A partir del dato de la riqueza calcula la masa de ácido (e gramos): msoluto % masa 0 % masa 100 m m 150 g 75 g de SO m Disolució soluto Disolució 4 alcula la catidad del ácido (e mol) usado la relació etre la masa y la masa molar: M( SO 4) 1,008,06 16, ,076 g mol 1 m 1mol de SO 4 75 g de SO 4 M 98,076 g de SO,84 mol de SO 4 Por último, calcula la molaridad. Recuerda que supusimos iicialmete u litro de disolució: L 4 soluto 4 M,8 M V Disolució,84 mol de SO b) Formula los compuestos y ajusta la reacció. Se trata de ua reacció ácido-base e la que se obtiee la sal que proviee de la combiació de los ioes K y SO 4 más agua. Los datos so: SO 4 KO 1L K SO 4 O SO 4 KO K SO 4 O V?; M,8 M 80 ml; M,5 M o el volume y la molaridad, calcula la catidad (e mol) de KO: V L KO KO KO KO Disolució,5M 0,08 L 0,18 mol de KO VDisol ució L Utiliza los coeficietes estequiométricos para ecotrar la catidad de ácido sulfúrico (e mol): SO 4 0,18 mol de KO alcula el volume a partir de la molaridad: SO 4 SO 4 VDisolució Disolució SO4 1mol de SO 4 mol de KO 0,09mol de SO 4 0,09mol M SO4 L 0,054 L,5 ml V L,856 M 7 Reaccioes ácido-base 17

175 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 11) 5. uál es el ácido cojugado de las siguietes especies cuado actúa como base e medio acuoso? O, O y OO. omo las especies se comporta como bases e medio acuoso, acepta u protó del agua, geerado los ácidos correspodietes: O O O O. Su ácido cojugado es: O. O O O O. Su ácido cojugado es: O. OO O OO O. Su ácido cojugado es: OO. ATIVIDADES (págia 1) 6. Empleado la teoría de Brösted-Lowry, cuál o cuáles de las siguietes especies puede actuar solo como ácido, solo como base y como ácido o base? Escribe las reaccioes ácido-base. Segú la teoría de Brösted-Lowry: O PO O N 4 4 U ácido es ua especie química (molécula o io) capaz de ceder ioes a ua base. E disolució acuosa, es la especie capaz de ceder al agua. Ua base es ua especie química (molécula o io) capaz de captar ioes de u ácido. E disolució acuosa, especie capaz de captar del agua. El io carboato, O, actúa como ua base, ya que capta ioes del agua: O O O Ácido 1 Base Base 1 Ácido El io hidrogeofosfato, PO, es u afótero, ya que puede actuar como u ácido cediedo ioes o como ua base captádolos: 4 PO O PO O 4 4 O Ácido 1 Base Base 1 Ácido O PO4 O PO 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido El io oxoio, O, actúa como u ácido, ya que cede ioes al agua: O O O Ácido 1 Base Base 1 Ácido El io amoio, N 4, actúa como u ácido, ya que cede ioes al agua: N O N O 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido O 7. Las siguietes reaccioes se produce espotáeamete e el setido de izquierda a derecha. SO O SO O 4 4 SO O O SO 4 4 o el uso de la teoría de Brösted-Lowry, ordea de mayor a meor el carácter ácido de SO 4, SO 4 y O. omo las reaccioes se produce espotáeamete hacia la derecha, la tedecia es que el SO 4 cede u protó para formar el io SO 4. De la primera reacció se deduce que el ácido sulfúrico, SO 4, es u ácido más fuerte que el io hidrogeosulfato, SO 4 7 Reaccioes ácido-base 174

176 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO omo el equilibrio se desplaza hacia la derecha, la tedecia es que el io SO 4 cede u protó al O. De la seguda reacció se deduce que el io hidrogeosulfato, SO 4, es u ácido más fuerte que el ácido carbóico, O. El orde de mayor a meor carácter ácido es: SO SO O 4 4 ATIVIDADES (págia 15) Razoa si las afirmacioes so ciertas o falsas: a) Ua disolució de p trece es más básica que otra de p ocho. b) uato meor es el p de ua disolució, mayor es su acidez. a) Recuerda la defiició de p: p log [ O ]. A ua disolució de p 1 le correspode ua cocetració de oxoio, [ O ] 10 1 M. A ua disolució de p 8 le correspode [ O ] 10 8 M. uato mayor es la cocetració de oxoio, mayor es la acidez; y viceversa. Siedo que 10 8 M 10 1 M, etoces la afirmació es verdadera, la disolució de p 1 tiee meor cocetració de protoes y es más básica. b) Esta afirmació es verdadera, ya que, segú la defiició, cuato meor es el p, mayor es la cocetració de protoes de ua especie y, por tato, mayor es su acidez. Idica cuáles de las siguietes afirmacioes sobre ua disolució acuosa de u ácido so ciertas. Razoa tu respuesta: a) El p de la disolució es básico. b) El producto [ ] [O ] de la disolució es M. c) La cocetració de protoes e disolució es mayor que 10 7 M. d) El po es meor que el p. a) Esta afirmació es falsa. Si se trata de ua disolució ácida, el p o puede ser básico. Deberá ser meor que 7 y, por tato, ácido. b) Esta afirmació es verdadera. E todas las disolucioes acuosas se cumple siempre que el producto de la cocetració de ioes oxoio multiplicado por la cocetració de ioes hidroxilo, a 5 º, es Esta igualdad se cooce como «producto ióico del agua». c) Esta afirmació es verdadera. Las disolucioes acuosas de u ácido tiee p 7 y, por tato, [ O ] 10 7 M. d) Esta afirmació es falsa. Siempre se cumple que p po 14. Si e ua disolució ácida el p es meor que 7, el po debe ser mayor que 7. E estos casos el po es mayor que el p. De cuatro disolucioes, A, B, y D, coocemos los siguietes datos: a) Ordéalas de meor a mayor acidez. A: [O ] 10 1 B: p : p 10 D: [ O ] 10 7 b) Explica cuáles so ácidas, básicas o eutras. Para poder compararlas es ecesario que todos los datos esté e la misma escala. Pasamos todo a la escala de p: A: po log [O ] log omo p po 14, etoces: p 14 po B: p. : p 10. D: p log [ O ] log a) uato mayor es la acidez, mayor es [ O ] y meor es el p. El orde de meor a mayor acidez es: (p 10) D (p 7) B (p ) A (p 1) 7 Reaccioes ácido-base 175

177 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) El p 7 es el valor de las disolucioes eutras y separa las disolucioes ácidas, co p 7, de las básicas, co p 7. Por eso las disolucioes de este ejercicio so: (p 10) básica D (p 7) eutra B (p ) y A (p 1) ácidas ATIVIDAD (págia 16) 11. El rojo de feol es u idicador ácido-base cuya forma ácida es amarilla y su forma alcalia es roja. Sabiedo que el itervalo de viraje es 6-8, de qué color será ua disolució de NaO 0,1 M y ua de lo 4 0,0 M a las que se ha añadido este idicador? Lo primero es determiar el p de las dos disolucioes coociedo el valor de la cocetració. La disolució de NaO de cocetració 0,1 M se disocia completamete, de tal maera que [O ] [NaO] 0,1 M. Luego: po log [O ] log 0,1 1 p po 14 p 14 po El valor de p idica que la disolució es alcalia. Segú la iformació del idicador, la disolució es de color rojo. Por otra parte, la disolució de lo 4 de cocetració 0,0 M se disocia completamete, de tal maera que [ ] lo 4 0,0 M. Luego: p log [ ] log 0,0 1,699 El valor de p idica que la disolució es ácida. Segú la iformació del idicador, la disolució es de color amarillo. ATIVIDADES (págia 18) 1. Se toma 400 ml de ua disolució de l 0,5 M. Por otra parte, se toma 50 ml de ua disolució de Br 0,15 M. Se mezcla ambas y se añade agua hasta 1 L. alcula el p de la disolució resultate. omo se trata de dos ácidos fuertes, se disociará por completo e disolució acuosa. Los ácidos fuertes se expresa co reaccioes irreversibles, pues e disolució acuosa se disocia completamete: l O l O 400 ml; 0,5 M Br O Br O 50 ml; 0,15 M E la estequiometría de las reaccioes se puede ver que la proporció es mol a mol. alcula la catidad de cada uo de ellos e sus respectivas disolucioes y tedrás la catidad de ioes O que aporta cada disolució: V l l l l Disolució L 0,5M 0,4 L 0,1mol de l VDisolució L Luego, por la estequiometría hay 0,1 mol de O procedete de la primera disolució. V Br Br Br Br Disolució L 0,15M 0,5L 0,055mol de Br VDisolució L Luego, por la estequiometría hay 0,055 mol de O procedete de la seguda disolució. Al mezclar ambas disolucioes habrá e total: 0,1mol 0,055mol 0,155 mol de O O 7 Reaccioes ácido-base 176

178 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la cocetració de la disolució resultate sabiedo que se completa co agua hasta 1 L: alcula ahora el p co su defiició: O O V L 0,155 mol de O 1 L 0,8 p log O log 0,155 0,155M 1. otesta a las pregutas: a) uál es la cocetració e NO de ua disolució cuyo p es 1,5? b) ómo preparar 150 ml de ua disolució de NO 10 M a partir de la aterior? a) ostruye la tabla: ocetració iicial NO O NO O M ocetració fial M M A partir del p de la disolució puedes calcular la cocetració de ioes O : O O 016 p 1,5 p log , omo se trata de u ácido fuerte que se disocia por completo e disolució acuosa. b) Al diluir ua disolució se cumple: NO O 0,0 soluto, cocetrada soluto, diluida Mco Vco Mdil V dil Por tato: V Mdil Vdil Mdil Vdil Mdil Vdil 0,01M0,15L 0,0474 L 47,4 ml Mco O M co p 1,5 ATIVIDADES (págia 0) 14. El ácido fórmico (ácido metaoico) es u ácido débil que iyecta alguas especies de hormigas al morder (hormiga e latí es formica, de ahí su ombre). La costate de acidez del ácido fórmico es 1, Si teemos ua disolució de ácido fórmico cuyo p es,6, calcula: a) La cocetració iicial de la disolució de ácido fórmico. b) La cocetració de ioes hidroxilo e el equilibrio. c) El grado de disociació del ácido. a) ostruye la tabla: OO O OO O ocetració iicial i ocetració fial i x x x A partir del p de la disolució puedes calcular el valor de x: p,6 p log O O 10 x O 10,4 10 M 7 Reaccioes ácido-base 177

179 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Para calcular la cocetració iicial del ácido utilizamos la costate de acidez: K O OO,4 10 x 4 a 1,8 10 OO i x i,4 10 Resuelve la ecuació y ecuetras que la cocetració iicial de ácido fórmico es: i 0,0 M. b) La cocetració de ioes hidroxilo [O ] e el equilibrio. Usado el producto ióico del agua, se obtiee: O O 10 O O, ,710 M c) Para calcular el grado de disociació del ácido calcula el cociete etre la cocetració de oxoio y la cocetració iicial del ácido fórmico: x O,4 10 M 0,071 c c 0,0 M Dos disolucioes acuosas co la misma cocetració, la primera de ácido acético, K a 1,8 10 5, y otra de ácido salicílico, K a 1,0 10. otesta. a) Qué ácido es más débil? b) Qué disolució tiee meor p? a) El ácido más débil es el que tiee la costate de disociació más pequeña, ya que estará meos disociado y habrá meor catidad de protoes e disolució. Por tato, el más débil es el ácido acético. b) omo el p log [ O ], cuato mayor sea la cocetració de protoes, y, por tato, la costate de disociació del ácido, meor será su p. E este caso, el ácido salicílico tiee meor valor de p. El fluoruro de hidrógeo tiee ua costate de acidez K a 6, Al disolver,00 g de F e cierta catidad de agua el p de la disolució es,5. a) Qué volume tiee la disolució? b) uál sería el p de esta disolució si se añade agua hasta llegar a u volume de 10 L? a) alcula la catidad de fluoruro de hidrógeo iiciales: M(F) 1,008 19,00 0,008 g mol 1,00 g de F 1mol de F 0,008 g de F 0,10mol de F ostruye la tabla: F O F O ocetració iicial 0,10 V ocetració fial 0,10 x V x V x V Para calcular la cocetració iicial del ácido utiliza el valor de la costate de acidez: x K a O F V x 4 F 0,10 x V 0, 10 x V 6, 10 [1] 7 Reaccioes ácido-base 178

180 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO A partir del p de la disolució podemos calcular [ O ] e el equilibrio y relacioar el valor de x y el volume: x p log O O 10 10,16 10,16 10 V Sustituye e [1], simplifica y opera: b) Al diluir ua disolució se cumple: p,5 x K a,1610 0,10,1610 V V 4 6, 10 V 5,5 L cocetrada diluida Mco Vco Mdil V dil alcula a partir de la cocetració de O para poder hallar a cotiuació el p: Luego, el p de la cocetració diluida es: M dil Mco Vco,1610 M5,5L V 10 L dil 1,66 10 M,78 og p log O l 1,66 10 V ATIVIDAD (págia 1) 17. El io hidrogeosulfato es afótero. Escribe, co los ombres, todas las especies que participa e la reacció co agua cuado el io actúa como ácido o como base. Idetifica los pares ácido-base para las dos reaccioes ateriores. El io hidrogeosulfato se puede comportar como ua sustacia afótera, ya que actúa como ácido o como base depediedo de si cede el protó que todavía tiee o si acepta otro. Su comportamieto es ácido cuado cede su protó al agua. El par cojugado es: SO / SO. 4 4 SO O SO 4 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido Su comportamieto es básico cuado acepta u protó del agua. O E este otro caso, el par cojugado es: O SO4 O SO 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido SO 4 /SO 4. ATIVIDAD (págia ) 18. El p de 1,5 L de disolució acuosa de hidróxido de litio es 1. Supoiedo que los volúmees so aditivos, calcula: a) Los gramos de hidróxido que se ha utilizado para prepararla. b) El volume de agua que hay que añadir a la disolució aterior para que su p sea 1. a) ostruye la tabla: LiO Li O ocetració iicial M ocetració fial M M A partir del p de la disolució calcula el po: p po 14 po 14 p Reaccioes ácido-base 179

181 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la cocetració de O : po log [O ] [O ] 10 po ,1 M Al ser ua base fuerte la cocetració de hidróxido de litio iicial coicide co la cocetració de O e el equilibrio. Por eso puedes calcular la catidad iicial de LiO: LiO LiO L 0,15mol de LiO V V 0,1 M 1,5 Y a partir de la catidad (e mol), usado la masa molar, calcula la masa (e gramos) de hidróxido de litio usada para preparar la disolució: M(LiO) 6,94 1,008 16,00,948 g mol 1,948 g de LiO m M 0,15 mol de LiO 1 mol de LiO,59 g de LiO b) uado diluimos ua disolució, se cumple que la catidad de soluto es la misma e la disolució cocetrada, co, como e la diluida, dil: co dil Mco Vco Mdil Vdil omo p po 14, para que el p valga 1, el po debe ser. Por eso la cocetració de hidróxido, O, y la de hidróxido de litio, LiO: M po LiO O ,01 M Sustituye los datos para calcular el volume de la disolució diluida: V dil M co M V dil co 0,1 M 1,5L 0,01 M 15L omo ya teíamos 1,5 L de disolució cocetrada, supoiedo que los volúmees so aditivos: Vdil Vco Vagua Vagua Vdil Vco 15 L 1,5 L 1,5 L ATIVIDADES (págia ) 19. Se disuelve 0 L de N (g) a 10 º y atm de presió e ua catidad de agua suficiete para alcazar 4,5 L de disolució. alcula el grado de disociació del amoiaco y su p. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. A partir de la ecuació de estado de los gases ideales calcula la catidad iicial (e mol) de amóico: pv pv RT RT atm 0 L 0,08 atm L mol K 10 7 K 1,74 mol Teiedo e cueta que se añade agua suficiete para que el volume de la disolució sea de 4,5 L, la cocetració iicial de amoiaco es: ostruye la tabla: 1,74 mol N 0,8M V 4,5L N O N 4 O ocetració iicial (M) 0,8 E reacció (M) 0,8 0,8 0,8 ocetració e equilibrio (M) 0,8 (1 ) 0,8 0,8 7 Reaccioes ácido-base 180

182 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De la expresió de K b: Resuelve la ecuació: 0,0068. oocida, calcula la cocetració de O : alcula el po: N O 0,8 Kb 1,810 N 0, O 0,8 0,8 6,8 10, M po log O l,617 og 10,58 A partir del producto de solubilidad del agua, calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14,58 11,4 11,4 0. La ailia es ua base muy débil que se disocia e agua resultado el io 6 5N. Si la costate de ioizació de la ailia e agua es K b 4, 10 10, y se añade 9, g de ailia e agua hasta obteer 50 ml de disolució, calcula: a) La ecuació ajustada. b) El grado de disociació. c) El p de la disolució resultate. a) N O O ailia agua io ailiio io oxoio b) A partir de la masa molar, calcula la catidad de ailia, 6 5N : M( 6 5N ) 1,01 6 1, ,01 9,16 g mol 1 mm 9, g de N 6 5 1mol de 65 N 9,16 g de N 6 5 0,0999 mol de N 6 5 Luego, la cocetració de la ailia e la disolució es: ostruye la tabla: 0,0999mol 65 N 0,994 M V 0,50 L N O O ocetració iicial (M) 0,994 E reacció (M) 0,994 0,994 0,994 ocetració e equilibrio (M) 0,994 (1 ) 0,994 0,994 De la expresió de K b: N O 0,994 Kb 4,10 N 0, Resuelve la ecuació y queda que el grado de disociació:, Nota: Por las codicioes del problema, puedes hacer la aproximació 1 1 y simplificar los cálculos. 7 Reaccioes ácido-base 181

183 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) oocido, calcula la cocetració de O. 5 5 O 0,994 0,994,8 10 1, 110 M alcula el po co su defiició: 5 po log O log 10 4,8 1,1 8 A partir del producto de solubilidad del agua, calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 4,88 9,1 ATIVIDAD (págia 4) 1. Los ácidos orgáicos moopróticos: úrico, bezoico, láctico y butaoico, tiee respectivamete K a: 5,1 10 6, 6,6 10 5, 1,4 10 4, 1, a) Ordéalos e orde creciete de acidez e disolució acuosa. b) uál de sus bases tiee meor valor de K b? c) uál es la base cojugada más fuerte? Justifica tus respuestas. ostruye ua tabla ordeada de mayor a meor de los valores de K a: Ácido láctico bezoico butaoico úrico K a 1, , , , a) Los ácidos se puede ordear e fució de su K a. uato meor es K a, el ácido es más débil: 5, , , , ácido úrico ácido butaoico ácido bezoico ácido láctico b) uato mayor es la costate de acidez (K a) de u ácido, meor es la fuerza de su base cojugada, ya que la reacció iversa (protoació) tedrá poca tedecia a producirse. De esta maera, cuato mayor sea K a del ácido, meor basicidad de la especie cojugada, meor valor de K b. Luego la base cojugada de meor K b es la del ácido láctico. c) Aálogamete, cuato meor es la costate de acidez (K a) de u ácido, mayor es la fuerza de su base cojugada. De esta maera, cuato meor sea K a del ácido, mayor basicidad de la especie cojugada. Luego la base cojugada más fuerte es la base cojugada del ácido úrico. ATIVIDAD (págia 5). Dadas las siguietes bases orgáicas: piridia, K b 1, ; hidroxilamia, K b 1, ; hidracia, K b 1, a) uál es la base más débil? b) Qué valor tiee K a del ácido cojugado de mayor fortaleza? c) Si se prepara disolucioes de igual cocetració de dichas bases, cuál de ellas será la de mayor p? a) La base más débil es la que tega meor valor de la costate de basicidad, la piridia es la base más débil. b) uato meor es la fuerza de ua base, mayor es la fuerza de su ácido cojugado. Luego, para calcular K a del ácido co mayor fortaleza, usado K w calcula el valor de K a del ácido cojugado de la base más débil, la piridia: K 10 K K K K 14 w w a b a 9 Kb 1, , c) uato mayor sea el valor de K b, más desplazado estará el equilibrio de disociació hacia la formació de ioes, mayores será la cocetració de [O ], el grado de disociació (), la fuerza de la base y, por tato, 7 Reaccioes ácido-base 18

184 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO mayor será el p. Luego si se prepara disolucioes de igual cocetració co dichas bases tedrá mayor p la que tiee mayor valor de K b: hidracia. ATIVIDAD (págia 6). Se añade gramos de hidróxido de sodio a 500 ml de ua disolució 0,15 M de ácido clorhídrico. Supoiedo que el volume se matiee costate, calcula el p para la disolució resultate. La ecuació correspodiete a la reacció de eutralizació que se produce es: NaO l alcula la catidad de l a partir del dato de la cocetració: V l l l l Disolució L VDisolució L Nal O 0,15M0,5L 0,075mol de l alcula la catidad de NaO a partir de su masa molar: M(NaO),99 16,00 1,008 9,998 g mol 1 NaO m M 1 mol de NaO g de NaO 9,998 g de NaO 0,05mol de NaO ostruye la tabla: NaO l Nal O atidad iicial (mol) 0,05 0, E reacció (mol) 0,05 0,05 0,05 0,05 atidad fial (mol) 0 0,05 0,05 0,05 El ácido l es muy fuerte y se ecuetra totalmete disociado e disolució acuosa. l O l O atidad iicial (mol) 0, atidad fial (mol) 0 0,05 0,05 Al fial hay 0,05 mol de O disueltos e u volume de 500 ml: alcula ahora el p co la defiició: 0,05mol V 0,500 L + O 0,05M p log O log 0,05 1, ATIVIDAD (págia 7) 4. Se prepara 400 ml de ua disolució acuosa de ácido yódico que cotiee,5 g de dicho compuesto. El p de esta disolució es 1,9. a) alcula la costate de acidez, K a, del ácido yódico. b) Si a 0 ml de la disolució aterior se le añade 10 ml de ua disolució de hidróxido de sodio 0,1 M, explica si la disolució resultate será ácida, básica o eutra. a) alcula la catidad de ácido yódico a partir de su masa molar: M(IO ) 1,008 16,9 16,00 175,908 g mol 1 7 Reaccioes ácido-base 18

185 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la cocetració iicial del ácido: m 1 mol de IO IO,5 g de IO 0,0mol de IO M 175,908 g de IO IO 0,0mol de IO 0,05M V 0,400 L alcula ahora la cocetració de O e el equilibrio a partir del dato del p: ostruye la tabla: p 1,9 p log O O ,041 IO O IO O ocetració iicial (M) 0, E reacció (M) 0,041 0,041 0,041 ocetració equilibrio (M) 0,009 0,041 0,041 Sustituye los valores e la expresió de la costate de acidez y opera: b) Escribe la reacció de eutralizació: O IO 0,041 Ka 0,18 IO 0,009 IO NaO alcula la catidad de IO a partir del dato de la cocetració: NaIO O IO IO L IO V IO IO Disolució 0,05M0,0L 0,001mol de VDisolució L alcula la catidad de NaO a partir del dato de la cocetració: V L NaO NaO NaO NaO Disolució 0,1M0,01 01mol de Na VDisolució L L 0,0 O Luego, como la reacció es 1:1 y hay el mismo úmero de moles de ácido que de base, se cosume la misma catidad de ácido que de base, por lo que la disolució es de carácter eutro; es decir, su p 7. ATIVIDAD (págia 8) 5. alcula el p de ua disolució de amoiaco 0,1 M sabiedo que K b 1, alcula tambié el volume de esta disolució ecesario para eutralizar 100 ml de ácido sulfúrico 0, M. ostruye la tabla dode se muestra el equilibrio ióico: N O N 4 O ocetració iicial (M) 0,1 E reacció (M) 0,1 0,1 0,1 ocetració equilibrio (M) 0,1 (1 ) 0,1 0,1 De la expresió de K b: N O 0,1 Kb 1,810 N 0, Reaccioes ácido-base 184

186 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Resuelve la ecuació y queda que el grado de disociació es: 0,017. oocido, calcula la cocetració de O : alcula el po co su defiició: [O ] 0,1 0,1 0,017 1,7 10 M po log [O ] log (1,7 10 ),88 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: Escribe ahora la reacció ajustada de eutralizació: p po 14 p 14 po 14,88 11,1 N + SO 4 (N 4) SO 4 alcula la catidad de ácido sulfúrico usado el dato de la cocetració: SO SO L S V SO 4 4 SO 4 4 Disolució 0,M0,100L 0, 0mol de O4 VDisolució L Teiedo e cueta la estequiometría de la reacció, calcula la catidad ecesaria de amoiaco: mol de N N 0,0 mol de SO4 0,04 mol de N 1 mol de SO 4 o la defiició de cocetració, calcula el volume de la disolució de amoiaco ecesario para eutralizar la disolució aterior: N 0,04 mol de N 0,4 L 400 ml L N N VDisolució VDisolució L N 0,1M ATIVIDADES (págia 0) 6. La lactosa, el azúcar de la leche, se degrada e cotacto co el aire y forma ácido láctico, OOO. Si la cocetració de ácido láctico es superior a 5 g L 1, se cosidera que la leche está cuajada. Para determiar la acidez de ua muestra de leche, se valora el ácido láctico de la muestra co ua disolució acuosa de hidróxido de sodio 0,100 M. a) Escribe la reacció de valoració. b) Se valora 0,0 ml de leche y se ecesita 8,5 ml de disolució acuosa de hidróxido de sodio para llegar al puto fial. Explica si la leche está o o cuajada. Dato: K a (ácido láctico, 5 º), a) Escribe la reacció de valoració: b) ostruye la tabla co los datos iiciales: OOO NaO OOONa O OOO NaO OOONa O Datos iciales M?; V 0 ml M 0,1 M; V 8,5 ml alcula la catidad de hidróxido de sodio co el dato de la cocetració: V L NaO 4 NaO NaO NaO Disolució 0,1M 0,0085L 8,5 10 mol de NaO VDisoluci ó L Auque el ácido láctico es u ácido débil, se disocia completamete por la presecia del hidróxido de sodio, que es ua base fuerte. alcula la catidad del ácido teiedo e cueta la estequiometría de la reacció: 4 ac. láctico 8,510 mol de NaO 1mol de ácido láctico 1 mol d e NaO 4 8,510 mol de ácido láctico 7 Reaccioes ácido-base 185

187 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la masa del ácido teiedo e cueta su masa molar: m M M( OOO) 1,01 1, ,00 90,078 g mol 1 4 8,5 10 mol d e ácido láctico Ahora calcula la cocetració del ácido: 90,078 g de ácido láctico 1 mol d e ácido láctico soluto 1,88 gl Disolució omo es iferior a 5 g/l, o estará cuajada. c V m 0,0766 g de ácido láctico 0,00 L 0,0766 g de ácido láctico,8 g L 1 7. Elabora u dibujo-esquema del motaje ecesario para u experimeto de laboratorio que explique de modo aproximado cómo determiar la acidez de u viagre. Dato: la acidez del viagre se debe al coteido de ácido etaoico. El ácido etaoico (ácido acético) es u ácido débil que se ha de eutralizar co ua base fuerte dado como resultado u ambiete básico, p 7. La reacció de eutralizació es: q OO B(O) q El io acetato sí está provocado u ambiete básico: OO O Es ecesario u idicador de viraje e ambiete básico. q OO B q O OO O Itroduce al iicio e la bureta u volume coocido, V B,0, de la disolució básica valorate. Deja caer la disolució básica valorate, gota a gota, desde la bureta sobre el viagre. Prepara la disolució valorate, ua disolució de ua base fuerte de cocetració coocida, [B]. Añade a u volume coocido de viagre, V A, el idicador de viraje básico, por ejemplo feolftaleía. Presta ateció al cambio de color del idicador, e cuato cambie de color cierra la válvula de la bureta y aota el volume restate, V B,R, de la disolució valorate. Efectúa los cálculos: 1. alcula el volume de disolució básica, V B, que iterviee e la eutralizació. V B V B,0 V B,R. alcula la catidad de base co V B y [B]. B V B [B]. Teiedo e cueta la estequiometría de la reacció de eutralizació, calcula los moles de ácido etaoico e el viagre. ác. etaoico q B 4. o la defiició de molaridad, calcula la cocetració de ácido etaoico e el viagre. 7 Reaccioes ácido-base 186

188 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 1) 8. Para desifectar las istalacioes dode ordeñar a los aimales se utiliza ua disolució acuosa de hidróxido de sodio preparada co 8,8 g disueltos e agua, hasta 10 L de disolució. a) alcula el p de esta disolució limpiadora. Usado ua muestra de 5 ml se valora la disolució de hidróxido de sodio co ua disolució acuosa de l 0,05 M, utilizado u sesor de p. b) Escribe la reacció de valoració. c) az u dibujo aproximado de la curva de valoració idicado las coordeadas del puto de equivalecia. a) alcula la catidad de hidróxido de sodio usado la masa molar: m M M(NaO),99 16,00 1,008 9,998 g mol 1 8,8 g de NaO 1mol de NaO 9,998 g de NaO 0,7mol de NaO alcula la cocetració de la disolució: 0,7mol de NaO NaO 0,07M V 10 L omo es ua base fuerte, se disocia completamete. ostruye la tabla: NaO Na O ocetració iicial (M) 0,07 ocetració fial (M) 0,07 0,07 Luego [NaO] [O ]. Así, calcula el po a partir de la cocetració de ioes O. po log [O ] log 0,07 1,14 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 1,14 1,85 b) La reacció de valoració es: NaO l c) ostruye la tabla co los datos iiciales de los reactivos: Nal O NaO l Nal O Datos iciales M 0,07 M; V 5 ml M 0,1 M; V? alcula la catidad de hidróxido de sodio usado la cocetració y el volume: NaO NaO 0,07M 0,005L,6 10 mol de NaO V 4 V Segú la estequiometría, los moles del hidróxido de sodio y de ácido clorhídrico reaccioa uo a uo, por tato, se ecesita, mol de l para eutralizar la reacció. alcula el volume de la disolució de l que se ecesita usado la cocetració: 4,610 mol de l l V 0,007L 7, ml V l 0, 05M Debido a que la sal que se forma o se hidroliza, el Nal está formado por: Na. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua. l. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (l) y tampoco tiee tedecia a reaccioar co el agua. 7 Reaccioes ácido-base 187

189 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Los úicos ioes hidroxilo y oxoio so los proveietes del agua, p 7. Gráficamete, la curva de valoració sería: p (V 7, ml, p 7) 8 10 V de l (ml) ATIVIDAD (págia 0) 9. Ua disolució de itrato de sodio, es ácida, básica o eutra? El itrato de sodio se disocia completamete e sus ioes y estos o se hidroliza: NaNO Na NO Na. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (hidróxido de sodio, NaO). El catió Na o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. Na O NaO O NO. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (ácido ítrico, NO ). El aió itrato NO tampoco tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. NO O NO O omo los úicos ioes hidroxilo y oxoios so los proveietes del agua, p 7. Por eso, la disolució de itrato de sodio es eutra. ATIVIDADES (págia ) 0. Teemos itrito de sodio, NaNO, y el bezoato de sodio, 6 5OONa, e disolució acuosa. Si se compara el p de las dos disolucioes acuosas, co la misma cocetració molar y a la misma temperatura, cuál tedrá el p más alto? Datos: K a( 6 5OONa) 6, ; K a(nano ) 7, El itrito de sodio es ua sal que e agua está disociada e sus ioes: NaNO Na NO El bezoato de sodio e disolució acuosa está disociada e ioes: OONa Na OO Na. Está presete e ambas disolucioes. Es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (hidróxido de sodio, NaO). El catió Na o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. Na O NaO O NO. Base cojugada débil de u ácido débil (ácido ítroso, NO ). El itrito NO sí reaccioa co el agua. b K NO O NO O 6 5OO. Base cojugada débil de u ácido débil (ácido bezoico, 6 5OO). El aió bezoato 6 5OO tambié reaccioa co el agua. Kb OO O OO O 7 Reaccioes ácido-base 188

190 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Del producto ióico del agua sabemos que: p 14 po 14 log[o ] E geeral, para ua base débil: ocetració (M) A O b A O ocetració iicial i 0 0 ocetració que reaccioa i i i ocetració e equilibrio i (1 ) i i Escribe la expresió para K b, sustituye las cocetracioes y simplifica usado la aproximació 1 1. K Por otra parte: K A O i i b i A i 1 1 K b i K K K K w a b b K K w a Ua expresió para [O ] es: Así, sustituyedo e la expresió del p: K K K b O i i i Kb i i w a w p 14 log K i K a A igualdad de cocetració iicial, c, el p será mayor cuato meor sea K a. E uestro problema, la disolució de bezoato de sodio era la que tiee meor K a. K 10 p 14 log 14 log 11,6 log 14 w 65OONa i i 10 Ka65 OONa 6,10 K 10 p 14 log 14 log 8,57 log 14 w NaNO i KaNaNO i 4 7,10 i i Luego la disolució de bezoato de sodio tedrá u p mayor que la disolució de itrito de sodio. 1. Qué p le correspode a ua disolució de fluoruro de potasio 1,0 M e agua? Dato: K a(f) 7, El fluoruro de potasio (KF) es la sal de u ácido débil y ua base fuerte: KF K F K. Es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (hidróxido de potasio, KO). El catió K o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. K O KO O F. Base cojugada débil de u ácido débil (ácido fluorhídrico, F). El fluoruro F sí reaccioa co el agua. F Kb O F O Para calcular su p tedremos e cueta el equilibrio de hidrólisis del io fluoruro. allamos K b: 7 Reaccioes ácido-base 189

191 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO K 10 K K K K, w w a b b 4 Ka,510 Necesitas coocer la cocetració iicial del io F. Para eso observa e la reacció de disociació, se ve que ocurre mol a mol. Por eso [F ] [F] 1,0 M: Platea el equilibrio de hidrólisis: ocetració (M) F O b F O ocetració iicial ocetració que reaccioa ocetració e equilibrio 1 Usa la expresió de la costate de equilibrio. omo cooces K b, y por las codicioes del problema aproxima que 1 1 y simplifica los cálculos alcula el po co su defiició: F O 11 6 Kb Kb, ,510 F 1 K 11 po log [O ] log log 5, ,7 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p 14 po 14 5,7 8,7 ATIVIDADES (págia 4). Qué p tiee ua disolució de cloruro de amoio 0,4 M? Dato: K b(n ) 1, El cloruro de amoio es la sal de ua base débil y u ácido fuerte: N l N 4 4 l N 4. Ácido cojugado débil de ua base débil (amoiaco, N ). El amoio N 4 sí reaccioa co el agua. Ka 4 O N N O l : Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (ácido clorhídrico, l). No reaccioa co el agua. Por tato, para saber el p de la disolució es ecesario calcularlo co la hidrólisis del catió amoio, que es la reacció que tiee lugar. omo es u ácido débil, se hace como e u problema de este tipo. alcula K a a partir del dato de K b del amoio y del producto ióico del agua K w: K 10 K K K K 5, w w a b a 5 Kb 1,810 La cocetració iicial del amoio se deduce de la estequiometría de la disociació de la sal (mol a mol). Por eso: N 4 N4l 0,4 M Se platea el equilibrio de hidrólisis, siedo la parte de catió amoio hidrolizado: ocetració (M) K 10 N 4 O b N O ocetració iicial 0,4 0 0 ocetració que reaccioa 0,4 0,4 0,4 ocetració e equilibrio 0,4 (1 ) 0,4 0,4 7 Reaccioes ácido-base 190

192 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sustituye e la expresió de la costate de equilibrio las expresioes de las cocetracioes, ordea la expresió 10 teiedo e cueta la aproximació 1 1, y sustituye tambié el valor de la costate, K a 5,510, para resolver el valor de : + N O 0,4 0,4 K 5,510 Ka 0,4,710 N 4 0, ,4 0, 4 10 a 5 alcula el p co su defiició y teiedo e cueta la expresió de la cocetració de oxoio. Sustituye y opera: p log [ O ] log (0,4 ) log(0,4, ) log 1, ,8. Por qué ua disolució de sulfato de amoio geera u p ácido? Dato: K b(n ) 1, El sulfato de amoio es la sal de ua base débil y u ácido fuerte: N SO N SO N 4. Ácido cojugado débil de ua base débil (amoiaco, N ). Se hidroliza segú la reacció: N O N O 4 SO. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (ácido sulfúrico, SO 4). No reaccioa co el agua. 4 La presecia de protoes liberados e la hidrólisis del catió amoio, N 4, icremeta la cocetració de ioes oxoio, [ O ] [O ]. Por esto la disolució será ácida, p 7. ATIVIDADES (págia 7) De etre la siguietes sustacias: l, NO, OO, SO 4, Nal, KNO, OONa y K SO 4, idica qué par permite formar u tampó regulador del p. E pricipio, las disolucioes que mejor fució tiee como reguladoras del p so aquellas formadas por u ácido o base débil y su base o ácido cojugado correspodiete. De todas las sustacias que os da, la mezcla de dos de ellas, ácido acético o etaoico ( OO) y acetato de sodio ( OONa), cumple este requisito. El ácido acético es u ácido orgáico mooprótico débil y el acetato de sodio es ua sal que cotiee la base cojugada de dicho ácido ( OO ). ay otras combiacioes pero excede los objetivos de este curso. uál es el p de ua disolució reguladora que se prepara disolviedo,1 g de OONa e u volume suficiete de OO 0,4 M para obteer 500 ml de disolució? Dato: pk a(oo),75. La capacidad amortiguadora y el p que tiee ua disolució tampó se puede determiar co la ecuació de ederso-asselbach: p pk a base cojugada ácido alcula la catidad (e mol) de OONa usado la masa molar: M(OONa) 1,008 1,01 16,00,99 68,098 g mol 1 1 mol de OONa,1 g de OONa 68,098 g de OONa 0,9mol de OONa alcula la cocetració de la sal e la disolució reguladora: OONa 0,9mol OONa 0,678 M V 0,5L 7 Reaccioes ácido-base 191

193 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ostruye la tabla de los datos del equilibrio: OO O OO O ocetració (M) 0,4 0,678 Aplicado la ecuació: p,75 log 0,678 M 0,4 M,95 ATIVIDAD (págia 8) 6. El residuo de ua idustria cotiee u 0, % e peso de ácido sulfúrico. Al día se emite 10 L de residuo ácido. Debe ser eutralizado mediate la adició de hidróxido de sodio, NaO,5 M, ates de ser vertido. alcula. a) El volume de disolució básica que es preciso utilizar para la eutralizació completa del residuo ácido. b) El p de la disolució resultate si se añade 5 ml más de los ecesarios de la disolució básica. Dato: desidad del residuo 1 g/cm. a) alcula la catidad (e mol) de ácido coteidos e los 10 L del residuo: SO ml 10 L 1L 1 cm 1 ml 1g 1 cm 0, g de SO g 1mol de SO 4,447mol de SO 4 98,076 g de SO 4 Escribe la reacció de eutralizació: SO 4 NaO Na SO 4 O Utiliza los coeficietes estequiométricos para ecotrar la catidad de hidróxido de sodio: NaO,447 mol de SO 4 mol de NaO 1 mol de SO alcula el volume a partir de la cocetració y la catidad: NaO L 4 4,894 mol de NaO 4,9mol de NaO NaO NaO VDisolució 1,96 L VDisolució L NaO,5M b) Si se añade 5 ml más de los ecesarios a la disolució resultate, habrá hidróxido de sodio e exceso. alcula la catidad de NaO e exceso a partir de la defiició de molaridad y el volume añadido: V L NaO NaO NaO NaO Disolució M0,05L 0,065 mol VDisolució L,5 de NaO alcula la cocetració de hidróxido de sodio excedete disuelto e el volume del residuo, 10 L, y la disolució eutralizadora, 1,96 L 0,05 L, supoiedo los volúmees aditivos: NO a V NaO 4 Disolució 0,065mol de NaO 5,110 M 96 L L 10 0,05 1, Al ser ua base fuerte, se ioiza por completo, y [O ] [NaO]. A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 (log[o ]) 14 log[nao ] 14 log (5, ) 10,7 ATIVIDAD (págia 41) 7. Parte del ácido ítrico, ácido que participa e la lluvia ácida, se geera e los procesos de combustió e el iterior de los motores. Los motores toma aire (78 % de N y 1 % de O ) y e su iterior alcaza elevadas presioes 7 Reaccioes ácido-base 19

194 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO y temperaturas. E esas codicioes se produce la oxidació del itrógeo del aire hasta ácido ítrico, segú ua cadea de reaccioes cuyo balace total es: N (g) 6 O (g) O(l) 4 NO (l) NO (g) Supoiedo u redimieto de trasformació del N del 0,05 % y u comportamieto ideal de los gases, calcula la masa de ácido que se producirá e u motor después de cosumir 100 m de aire medido a 0 º y 1008 hpa. Datos: R 0,08 atm L K 1 mol 1 ; 1 atm 1, Pa. alcula el volume de N e litros: V N 100 m de aire 78 m de N 100 m de aire 1000 L de N 1 m de N 4 7,8 10 L de N ovierte el valor de la presió de pascales a atmósferas. 100 Pa p 1008 hpa 1 hpa 1 atm 5 1,0110 Pa 0,995 atm Aplica la ecuació de estado de los gases ideales para calcular la catidad de N. Sustituye y opera. pv RT pv RT 0,995 atm 0,08 atm L mol K 7,810 4 L 0 7 K 0,5 mol de N alcula el volume de ácido que se forma utilizado la estequiometria de la reacció y el redimieto de la misma: NO 0,5 mol de N Por último, calcula la masa empleado la masa molar: 4 mol de NO,15mol de NO mol de N 0, M(NO ) 1,008 14,01 16,00 6,018 g mol 1 m M,15 mol de NO 6,018 g 1 mol de NO 15,7 g 16 g ATIVIDADES FINALES (págia 46) Teorías ácido-base 8. Razoa si las siguietes especies químicas so ácidos o bases segú la teoría de Brösted-Lowry e idica la especie cojugada (e disolució acuosa) de cada ua de ellas: N, SO, N. Segú la teoría de Brösted- Lowry: 4 4 U ácido es ua especie química (molécula o io) capaz de ceder ioes a ua base. E disolució acuosa, es la especie capaz de ceder al agua. Ua base es ua especie química (molécula o io) capaz de captar ioes de u ácido. E disolució acuosa, especie capaz de captar del agua. El io ciauro, N, actúa como ua base, ya que capta ioes del agua: Su ácido cojugado es el ácido ciahídrico, N. O N O N Ácido 1 Base Base 1 Ácido 7 Reaccioes ácido-base 19

195 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El io sulfato, SO, 4 actúa como ua base, ya que capta ioes del agua. Puede captar hasta dos protoes: O SO4 O SO4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido Su ácido cojugado es el io hidrogeosulfato, SO 4. El segudo paso e la captació de protoes es: O Su ácido cojugado es el ácido sulfúrico, SO 4. SO O SO 4 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido El io amoio, N 4, actúa como u ácido, ya que cede ioes al agua: Su base cojugada es N. N O N 4 Ácido 1 Base Base 1 Ácido O 9. Segú la teoría de Brösted-Lowry, qué comportamieto (ácido, básico o ambos) tiee las siguietes especies químicas? NaO, O, O, S. El hidróxido de sodio, NaO, actúa como ua base de Arrheius, ya que libera ioes hidroxilo O e disolució acuosa: NaO Na O El aió carboato, O, solo se puede comportar como base, ya que solo acepta protoes: O O O O El aió hidrogeocarboato, O, es ua sustacia afótera, ya que puede aceptar protoes, comportádose como base, o cederlos, comportádose como ácido: omportamieto básico: O O O O omportamieto ácido: O O O O El sulfuro de hidrógeo se comporta como ácido, cediedo protoes: S O S O Fortaleza de ácidos y bases 40. Ua disolució 1 M de u ácido débil co K a 10 5 a 5 º. Explica si so falsas o verdaderas las siguietes afirmacioes. a) Su p es mayor que 7. b) El grado de disociació es aproximadamete 0,5. c) El grado de disociació aumeta al diluir la disolució. d) El p aumeta si se diluye la disolució. a) Esta afirmació es falsa. omo se trata de la disolució de u ácido, auque sea débil, el p debe ser meor que 7. El producto ióico del agua es: [ O ] [O ] E ua disolució ácida se cumple que [ O ] [O ], lo cual obliga a que [ O ] Por tato, p log [ O ] 7. b) U grado de disociació de valor 0,5 correspodería a u ácido disociado al 50 %, lo que es imposible para ua disolució de u ácido débil co ua costate de orde 10 5 y ua cocetració 1 M. omo tiees todos los datos, se puede calcular el grado de disociació por aproximació: 0, %. c) Esta afirmació es verdadera. omo la costate de equilibrio es costate, si la temperatura o varía, la relació etre la cocetració iicial y el grado de disociació se debe mateer costate. Por tato, si dismiuye mucho la cocetració de la disolució, c, el ácido estará más disociado, pues debe aumetar: 7 Reaccioes ácido-base 194

196 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO A O Ka A 1 + i i i i Ka i 1 1 d) Esta afirmació es verdadera, ya que al dismiuir la cocetració de ácido iicial lo hace tambié la de protoes y, por tato, la disolució será meos ácida, aumetado el p. A partir de la defiició de p: p log [ O ] ([ O ] fial [ O ] iicial) (log [ O ] fial log [ O ] iicial) (log [ O ] fial log [ O ] iicial) (log [ O ] fial log [ O ] iicial) (log [ O ] fial log [ O ] iicial) (p fial p iicial) 41. Demuestra que el grado de disociació del ácido itroso aumeta al diluir ua disolució acuosa de este ácido desde 0,1 M hasta 0,01 M. Dato: K a 4, ostruye la tabla de equilibrio: ocetració (M) NO O K a NO O ocetració iicial i 0 0 E reacció i i i ocetració e equilibrio i (1 ) i i Sustituye las expresioes de la cocetració e la expresió de K a: + NO O K a NO 1 i i i i i 1 1 E este caso, como teemos disolucioes muy diluidas, las aproximacioes deja de ser válidas precisamete porque el grado de disociació aumeta mucho y deja de ser despreciable. Despeja el valor de : i Ka K 0 a 4 i K K K a a a i Te e cueta que de las dos solucioes posibles solo tiee setido la que da a u valor positivo. Sustituye los dos valores de la cocetració para comprobar co qué cocetració se disocia más: 4 4 4,510 4, ,14,510 4 c 0,1 M 0,065 0, ,510 4,510 40,014,510 4 c 0,01 M 0,19 0,01 Se muestra así que: si dismiuye la cocetració iicial del ácido, el grado de disociació aumeta. 4. Estudiado dos disolucioes, de la misma cocetració, de dos ácidos débiles, A y B, se comprueba que [A ] es mayor que [B ]. Explica si so verdaderas o falsas las frases. a) El ácido B es más débil que A. b) El valor de la costate de disociació del ácido B es mayor que el valor de la costate de disociació de A. c) El p de la disolució del ácido B es meor que el p de la disolució del ácido A. Es ecesario teer e cueta los equilibrios de disociació de los ácidos: A O B O A O B O 7 Reaccioes ácido-base 195

197 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Si la cocetració del io A es mayor que la del B, quiere decir que el ácido A está más disociado, el equilibrio está más desplazado hacia la derecha y, por tato, es más fuerte que el ácido B. Esta afirmació es verdadera. b) Si el primer equilibrio está más desplazado hacia la formació de ioes, es porque la costate de disociació es mayor para el ácido A que para el B. Esta afirmació es falsa. c) uato mayor es la cocetració de protoes de ua disolució, mayor es su acidez y meor es su p. Si el ácido A es más fuerte que el B, esto quiere decir que su cocetració de protoes es mayor y como cosecuecia su p es meor. Esta afirmació es falsa Explica la veracidad o falsedad de las siguietes frases: a) A igual molaridad, cuato más débil es u ácido meor es el p de sus disolucioes. b) A u ácido fuerte le correspode ua base cojugada débil. c) No existe disolucioes diluidas de u ácido fuerte. d) El ácido sulfúrico es u ácido fuerte porque tiee dos hidrógeos e la estructura molecular. a) uato más débil es u ácido, meor es la cocetració de protoes e la disolució y mayor es el p de la misma. Esta afirmació es falsa. b) uato más fuerte es u ácido, más desplazado está el equilibrio hacia la formació de ioes. Esta afirmació es verdadera. c) La cocetració de la disolució de u ácido es idepediete de su fuerza. La cocetració puede ser mayor (cocetrada) o meor (diluida) para el mismo ácido. Esta afirmació es falsa. d) El ácido sulfúrico es u ácido diprótico y se cosidera u ácido fuerte por el primer protó que se disocia co mucha facilidad (K a1 0,010). El segudo protó se disocia del aió hidrogeosulfato que e realidad es u ácido algo más débil (K a 1, 10 ). Ocurre que de la primera disociació se produce hidrogeosulfato e gra catidad. Tato que el equilibrio de la seguda disociació está desequilibrado por exceso de reactivo, y se desplaza hacia los productos. No es ua cuestió de dispoer de más protoes para que el ácido sea fuerte. Esta afirmació es falsa. Ua disolució de amoiaco cotiee 0,17 g de N e cada litro y está ioizado e u 4,4 %. alcula: a) La costate de ioizació del amoiaco. b) El p de la disolució. a) o la masa molar, calcula la catidad de amoiaco presete e la disolució. M(N ) 14,01 1,008 17,04 g mol 1 alcula la cocetració iicial de amoiaco. N N N 0,00998 mol de N 0,00998 M V 1,0 L Platea el equilibrio de ioizació, sabiedo que 0,044, y costruye la tabla: ocetració (M) N O 0,17 g 17,04 g 0,00998 mol de N mol K b N 4 O ocetració iicial i 0 0 ocetració que reaccioa i i i ocetració e equilibrio i (1 ) i i Valor 9, , , 10 4 alcula la costate de ioizació del amoiaco, K b: 4 N O 4, 10 K 4 5 b 1, N 9,5610 1, Reaccioes ácido-base 196

198 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Para calcular el p usa la cocetració de ioes hidroxilo obteida e el apartado aterior, [O ] = 4, 10 4 M. A partir del producto de solubilidad del agua (p po 14) calcula el p de la disolució resultate: p 14 po 14 (log [O ]) 14 log [O ] 14 log (4, 10 4 ) 10,6 45. El ácido butaoico es u ácido débil de K a 1, Si teemos ua disolució de este ácido 0,0 M, calcula. a) El grado de disociació. b) El p de la disolució. c) Supoiedo que o varía el volume, calcula el p de la disolució que resulta de añadir 0,05 moles de l a 50 ml de la disolució de ácido butaoico 0,0 M. a) Para calcular el grado de disociació platea el equilibrio, y co los datos coocidos, costruye la tabla: ocetració (M) ( ) OO O K a ( ) OO O ocetració iicial 0,0 0 0 E reacció 0,0 0,0 0,0 ocetració e equilibrio 0,0 (1 ) 0,0 0,0 omo cooces el valor de K a: + BuO O 0,0 0,0 K a 1,8510 Bu 0,0 1 1 b) alcula el p a partir de la cocetració de oxoio usado la defiició: p log [ O ] log (0,0 0,0), 5 0,0 c) Se trata de u problema de efecto io comú e equilibrio ácido-base. Se platea la disociació del ácido butaoico y la del clorhídrico. El O es el io comú. ( ) OO O 50 ml; 0,0 M K a ( ) OO O l O l O 0,05 mol ay ua gra presecia de oxoio procedete de la disociació del clorhídrico y el butaoico, que es u ácido débil, e su equilibrio estará desplazado hacia reactivos. abrá meos oxoio e disolució procedete de butaoico de los que habría si estuviera él solo e la disolució. omo el l es u ácido fuerte, se disocia totalmete. La catidad de sustacia de cada uo ates del equilibrio: butaoico [butaoico] V 0,0 M 0,50 L 0,005 mol O 0,05mol l El equilibrio ácido-base tras la adició del l, llamado x al úmero de moles de butaoico que se disocia, es: atidad (mol) ( ) OO O K a ( ) OO O atidad iicial 0, ,05 E reacció x x x atidad e equilibrio 0,005 x x 0,05 x omo cooces K a 1, : K a x 0,05 x butaoato O V V butaoico 0,005 x V x 0,05 x x 0,05 x 4 x 0,05 x V 0,005 x 0,5 0, 005 x 0,005 x 5 1, Reaccioes ácido-base 197

199 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8 0, , ,510 4, x 0, x 9,510 0 x 8 0,05 Solo tiee setido la solució positiva. Así que, x 4, mol. 8 7 alla el p a partir de la cocetració total de oxoio e el uevo equilibrio resultate de la mezcla de los dos ácidos: + 0,05 x 0,05 4,6510 p log O log log log 0, , V 0,50 7 0,699 omo se puede ver, la cocetració de protoes procedetes del ácido butaoico es despreciable frete a la de protoes procedetes del ácido clorhídrico. Pero esto se sabe después de haber hecho todos los cálculos y o ates, ya que e otras situacioes sí podría ser importate la aportació de la especie débil. 46. Ua disolució acuosa de amoiaco tiee de desidad 0,85 g cm y el 8 % de N e masa. a) alcula la cocetració molar del amoiaco. b) Si la disolució aterior se diluye 10 veces, calcula el p de la disolució resultate. c) Qué cocetració tiee el resto de las especies (N 4, O y O ) e la disolució diluida 10 veces? Dato: K a 1, a) Para calcular la molaridad de la disolució iicial utiliza factores de coversió y los datos de la disolució comercial: N 0,85 g de Disolució 1 cm de Disolució 1000 cm de Disolució 1L de Disolució 8 g de N 1mol de N,99M 4M 100 g de Disolució 17,04 g de N b) alcula la molaridad de la disolució diluida sabiedo que la catidad de soluto es la misma e el cocetrado y e el diluido, dil co; y que el volume fial es 10 veces el volume iicial, V dil 10 V co: V M V M V M M M co co dil co co dil dil dil co co Vdil V co 10 V co M co 10 0,4 M ostruye la tabla del equilibrio para determiar la cocetració de oxoio: ocetració (M) N O K b N 4 O ocetració iicial 0,4 0 0 E reacció 0,4 0,4 0,4 ocetració e equilibrio 0,4 (1 ) 0,4 0,4 A partir de la costate de ioizació del amoiaco, K b, calcula el grado de disociació: N 4 O 0,4 0, Kb 1,810 0,4 1,810 1,810 0 N 0, ,810 1,810 40,41,8 10 6, ,8 6, Solo tiee setido la solució positiva: 6, Para calcular el p parte del producto de solubilidad del agua (p po 14) y despeja el p. Sustituye, ordea y opera: p 14 po 14 (log [O ]) 14 log [O ] p 14 log (0,4 ) 14 log (0,4 6, ) p 14 log, ,4 c) omo pide la cocetració de todas las especies e el equilibrio, además de las que aparece e la tabla, o debes olvidar la [ O + ] proveiete del equilibrio ióico del agua. 7 Reaccioes ácido-base 198

200 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De las expresioes de la cocetració e la tabla: Del equilibrio ióico del agua, K N 0,41 0,41 6, ,97 M N 4 O 0,4 0,46,686 10,67410 M 14 w O O 10 : 14 Kw 10 O O, , M 47. Ua disolució de ácido ciahídrico, N, 0,01 M tiee u p de 5,6. alcula. a) La cocetració del resto de las especies químicas presetes e la disolució. b) El grado de disociació de N y el valor de su K a. a) A partir del valor del p y del equilibrio calcula la cocetració de todas las especies químicas presetes si olvidar el io hidroxilo. ostruye la tabla: ocetració (M) N O K a N O ocetració iicial 0, E reacció 0,01 0,01 0,01 ocetració e equilibrio 0,01 (1 ) 0,01 0,01 A partir del p calcula primero la cocetració de oxoio: p 5,6 6 p log O O 10 10,51 10 M A partir de la cocetració de oxoio calcula el grado de disociació (que sirve como respuesta e el apartado b): O,51 10 O 0,01 0,01 0,01 6, De las expresioes de las cocetracioes e la tabla: Del equilibrio ióico del agua, K N 0,01 1 9,99710 M [ N 6 ] 0, 01,5110 M 14 w O O 10 : 14 Kw 10 O 6 O,5110 9,98 10 M b) oocidas las cocetracioes, sustituye e la expresió de la costate: K a N O,51 10 N 9, , ATIVIDADES FINALES (págia 47) 48. El p de ua disolució 0,01 M de ácido hipocloroso, lo, es 4,75. alcula la costate de disociació, K a. Para calcular la costate de disociació ecesitas coocer las cocetracioes de las especies e el equilibrio. A partir del dato de p y co la cocetració iicial de ácido, esto es posible. ostruye la tabla e la que iterviee estos datos: 7 Reaccioes ácido-base 199

201 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ocetració (M) lo O K a lo O ocetració iicial 0, E reacció 0,01 0,01 0,01 ocetració e equilibrio 0,01 (1 ) 0,01 0,01 A partir del p co la expresió de la cocetració de oxoio calcula el grado de disociació, : p log O O 0, , , p p + + p p 4,75 10 Ahora, coocido, puedes calcular la costate de disociació, K a: + IO O 0,01 0,01 0,01 1, Ka, IO 0, , 77810, Se ha de preparar 0,50 L de disolució de ácido acético, OO, de cocetració 1, M. Se dispoe de ácido acético comercial del 96 % de riqueza e masa y desidad 1,06 g ml 1. Sabiedo que K a 1,8 10 5, calcula: a) El volume de disolució de ácido acético comercial ecesario para preparar la disolució pedida. b) El p de la ueva disolució. c) El grado de disociació del ácido acético e la ueva disolució. a) alcula la molaridad de la disolució comercial usado la desidad, la riqueza e masa y la masa molar del ácido acético: M( OO) 1,01 1, ,00 60,05 g mol 1 1,06 g de Di s ml de Dis. OO comercial 1 ml de Dis. 1L Di. s 96 g de OO 100 g de Dis. 1mol de OO 60,05 g de OO 16,945M alcula la catidad ecesaria de la disolució comercial cocetrada, co, para preparar la diluida: V co dil Mco Vco Mdil Vdil M V b) Platea el equilibrio de disociació e ua tabla: ocetració (M) OO O 1,M0,5L dil dil co. 0,054 L 5 ml Mco 16,945M 7 Reaccioes ácido-base K a OO O ocetració iicial 1, 0 0 E reacció 1, 1, 1, ocetració e equilibrio 1, (1 ) 1, 1, oociedo el valor de la costate de disociació, sustituye las expresioes de las cocetracioes y halla el grado de disociació: + OO O 1, 1, Ka OO 1, ,8 10 1, 1,8 10 1, ,, ,8 10 1, , 1,8 10, Solo tiee setido la solució positiva. Ahora es posible calcular la cocetració de oxoio y co ella el p: c) Ver el apartado aterior:, p log [ O ] log (1, ) log (1,, ), 00

202 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 50. El ácido láctico, resposable de las «agujetas» que padecemos tras u ejercicio físico iteso, es u ácido débil que podemos abreviar como Lac. El p de ua disolució 0,05 M de este ácido es,59. alcula: a) La cocetració de O e la disolució. b) El valor de K a. c) La cocetració de O de la disolució. a) A partir del valor del p se despeja la cocetració de oxoio: p log 10 b) ostruye la tabla de las cocetracioes e el equilibrio: ocetració (M) Lac O + + p,59 O O 10,57 10 M K a Lac O ocetració iicial 0, E reacció 0,05 0,05 0,05 ocetració e equilibrio 0,05 (1 ) 0,05 0,05 oocida la cocetració de oxoio, es posible calcular el grado de disociació: O, O 0,05 0,0514 0,05 0,05 A partir de aquí, co la cocetració iicial sustituye los valores y opera para calcular el valor de la costate de disociació: c) Del equilibrio ióico del agua: Lac + O 0,05 0,05 0,0514 Ka 1, Lac 0, ,0514 K K 10 1,89 10 M w w O O 10 O O, E ua disolució 0, M de ácido fórmico, OO, su costate K a es 1, a) alcula el p iicial. A 40 ml de esta disolució de ácido fórmico se le añade 10 ml de NO 0,05 M. b) uál es el uevo p? c) uál es el grado de disociació del ácido fórmico? a) ostruye la tabla: ocetració (M) OO O K a OO O ocetració iicial 0, 0 0 E reacció 0, 0, 0, ocetració e equilibrio 0, (1 ) 0, 0, omo cooces K a 1,0 10 4, calcula el grado de disociació: K OO O 0, 0, OO 0, a 1, 0 10,510 oocido el grado de disociació, es posible calcular el p: 7 Reaccioes ácido-base 01

203 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO + p log O log 0, log 0,,5 10 log 4,47 10,5 b) La seguda parte correspode a ua mezcla de ácido fuerte (ítrico) y débil (fórmico), dode hay que teer e cueta el efecto io comú e equilibrio ácido-base. Se platea la disociació del ácido fórmico y la del ácido ítrico, NO. Al ser el O u io comú, el equilibrio del ácido fórmico está desplazado hacia la izquierda y habrá meos protoes (procedetes del ácido fórmico) de los que había ates de añadir el ácido ítrico. OO 40 ml; 0, M Ka OO O O La catidad iicial de ácido fórmico es: O mezclar co ácido ítrico es: atidad de sustacia (mol) OO O OO O V 0, M0,040L 810 mol. E el equilibrio ates de K a OO O atidad iicial E reacció x 0 x 0 x 0 atidad e equilibrio 8 10 x 0 x 0 x 0 La expresió de la costate de disociació queda: K a + OO O OO OO V V OO V + O + OO O x0 V OO V 810 x Platea la ecuació de.º grado co la icógita e x 0, ordea la expresió, sustituye los valores coocidos (K a 1, y V fórmico 0,04 L) y resuelve: x K Vx K V a 0 a x 410 x, ,10 1,74910 x 1 1, Solo tiee setido la solució positiva, x 0 1, mol. Por otra parte, la disociació de ácido ítrico es: NO 10 ml; 0,05 M O NO O omo el NO es u ácido fuerte y se disocia totalmete: O V 4 NO N O 0,05 M0,010L 5 10 mol. El equilibrio ácido-base tras la adició del NO, llamado x al úmero de moles de OO que se disocia, es: atidad de sustacia (mol) OO O K a OO O atidad iicial E reacció x x x atidad e equilibrio 8 10 x x x La expresió de la costate de disociació queda: K a + OO O OO OO V V OO V + O 4 + OO O x 510 x V V 810 x OO Platea la ecuació de.º grado co la icógita e x, sustituye los valores coocidos (K a 1,0 10 4, y supoiedo que los volúmees so aditivos, V V fórmico V ítrico 0,04 L 0,01 L 0,05 L) y resuelve: 7 Reaccioes ácido-base 0

204 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO x x K V510 x K V a a 4 8 x 5,0510 x , , , , omo los ioes oxoio procedetes del fórmico debe ser meos que si ácido ítrico, solo tiee setido la solució meor que x 0 1, mol. Por eso, x 0, mol. alcula el p a partir de la cocetració total de oxoio e el equilibrio de la mezcla de ambas disolucioes ácidas: O 510 x 510 0, mol O V V 0,05 L p log O log 0, ,9 c) El grado de disociació del ácido metaoico tras la adició de ácido ítrico será: 4 x 0, , OO 0, M omo se idica e el apartado b), el ácido fórmico está meos disociado. Puedes comparar el valor que acabas de calcular co el valor que calculaste para e el apartado a). 5. uado se disuelve g de ácido fórmico, OO, e agua hasta obteer 10 L de disolució, la cocetració de O es 0,00 M. a) uál es el grado de disociació del ácido e disolució? b) uáto vale la costate K a? a) alcula la cocetració de ácido fórmico usado la masa molar: M(OO) 1,01 1,008 16,00 46,6 g mol 1 m g M 46,06 g 1 mol V V 10 L OO OO 0,05M ostruye la tabla: ocetració (M) OO O K a OO O ocetració iicial 0, E reacció 0,05 0,05 0,05 ocetració e equilibrio 0,05 (1 ) 0,05 0,05 omo dispoes del dato de la cocetració de O, calcula el grado de disociació: O 0,05 O 0,00 M 0,05 0,05 M 0,06 b) alcula el valor de K a sustituyedo y operado e su expresió: OO O 0,05 0,05 0,05 0,06 K a 1, OO 0, ,06 7 Reaccioes ácido-base 0

205 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 5. Se prepara ua disolució disolviedo 0, mol de ácido acético, OO, e agua hasta u volume total de 50 ml. La disolució resultate tiee u p. a) uál es la cocetració molar de los ioes oxoio? b) uáto vale la costate K a? a) o la defiició de p es posible ecotrar la cocetració de oxoio: p log O O p 0,01 M b) alcula la cocetració de ácido acético co los datos dispoibles de catidad y volume: ostruye la tabla: OO ocetració (M) OO O OO 0,mol 6 M V 0,05 L K a OO O ocetració iicial E reacció ocetració e equilibrio 6 (1 ) 6 6 o el valor calculado de la cocetració de oxoio puedes calcular el grado de disociació: alcula el valor de K a a partir de la expresió: + O + 0,01M O 6 6 M 1 6 M Ka OO OO O , , Ua disolució comercial de ácido fluorhídrico, F, cocetrado idica 49 % e masa y ua desidad d 1,17 g ml 1. a) uál es su molaridad? b) uál es su p? Dato: K a, Se mezcla 450 ml de esta disolució co 750 ml de otra disolució de ácido fluorhídrico,5 M. c) uál es la molaridad de la disolució resultate? a) La molaridad de la disolució comercial se calcula co el dato de la desidad, la riqueza e masa y la masa molar. Emplea los factores de coversió adecuados: M(F) 1,008 19,00 0,008 g mol 1 comercial 1,17 g de Dis ml de Dis. F 1 ml de Dis. 1L de Dis. 49 g de F 100 g de Dis. 1mol de F 0,008 g de F 8,65 M b) oociedo la costate, platea el equilibrio de disociació: ocetració (M) F O K a F O ocetració iicial 8, E reacció 8,65 8,65 8,65 ocetració e equilibrio 8,65 (1 ) 8,65 8,65 7 Reaccioes ácido-base 04

206 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO oocidos el valor de la costate de disociació y su expresió, calcula el grado de disociació: K a F O F i i i i i Ka Ka i,55 10, ,65, Ka Ka 4i Ka 0,0051 8,65 0,005 Solo tiee setido la solució positiva, 0,0051. El p será: p log O log 8,65 log 8,65 0,0051 0,997 1 c) alcula ahora la molaridad de la mezcla, siedo el soluto la misma especie e ambas: Y queda: F V 8,65 M 0,450 L 1,894 mol F1 1 1 F V,5 M 0,750 L 1,875mol F F1 F F mezcla 1,894 1,875mol 1,1 M V V 0,450 0,750 L Teemos 0,50 L de ua disolució de KO 0,1 M. a) alcula el p. alcula el p fial si a la disolució aterior se le realiza las siguietes accioes. b) Sumar 0,10 L de agua destilada a la disolució. c) Evaporar el disolvete hasta reducir el volume a la mitad. d) Añadir 500 ml de ua disolució de l 0,1 M. e) Añadir 0,05 mol de KO e medio litro de agua. a) Al ser ua base fuerte, se ioiza por completo, luego: [KO] [O ] 0,1 M. Por tato, el po de la cocetració diluida, será: po log [O ] log 0,1 = 1 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: b) Al diluir ua disolució se cumple que: p po 14 p 14 po M V M V M M co cocetrada diluida co co dil dil dil co 0,1M Vdil V 0,50 L 0,08M 0,50 0,10 L De uevo al ser ua base fuerte: [KO] [O ] 0,08M. Luego, el po y el p de la cocetració diluida será: po log [O ] log 0,08 = 1,079 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 1,079 1,9 c) Si se evapora parte del disolvete de ua disolució, habrá ua ueva disolució más cocetrada que la primera. Y se cumple: V M V M V M M M dil cocetrada diluida co co dil dil co dil dil Vco V dil V dil M 0,1M 0,M dil 7 Reaccioes ácido-base 05

207 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De uevo al ser ua base fuerte: [KO] [O ] 0,1 M. Luego, el po y el p de la cocetració diluida será: po log [O ] log 0, = 0,699 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 0,699 1,0 d) Al ser ua base fuerte y u ácido fuerte se ioiza por completo, luego: [KO] [O ] 0,1 M; y [l] [ O ] 0,1 M. Además, ocurre ua reacció de eutralizació etre ácido y base: l l KO Kl O 0,1M 0,50 L 0,05mol 0,1M 0,50 L 0,05mol KO Por tato, los úicos protoes o ioes hidroxilo que existe e la disolució so los procedetes del agua. Esto implica que: [ O ] [O ]. omo teemos el mismo volume y la misma cocetració de ambas disolucioes y atediedo a la estequiometría de la reacció, la eutralizació alcaza u p 7. e) alcula la cocetració resultate: KO KO 0,05 mol de KO V L 0,5 L 0,1M omo la cocetració es la misma que la de la disolució iicial, el p o varía, luego p La ailia, 6 5N, se disocia segú el equilibrio: 6 5N O 6 5N O. Su costate K b 4, alcula: a) El grado de disociació y el valor de p, para ua disolució acuosa 5 M de ailia. b) Si ml de esta disolució se diluye co agua hasta 1 L, calcula la ueva cocetració molar de ailia, su grado de disociació y el valor de p. a) ostruye la tabla: ocetració (M) 6 5N O K b 6 5N O ocetració iicial E reacció ocetració e equilibrio 5 (1 ) 5 5 A partir de K b calcula el grado de disociació (Nota: Por las codicioes, puedes aproximar que 1 1): N O Kb 4,10 N Para averiguar el p iicia el cálculo buscado la cocetració de ioes hidroxilo: alcula el po: [O ] 5 5 9, , M po log [O ] log 4, = 4, A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: b) alcula la molaridad de la disolució diluida: p po 14 p 14 po 14 4, 9,67 9, M V M V M M co cocetrada diluida co co dil dil dil co 5M Vdil V 0,00 L 1L 0,01 M Repite los cálculos del apartado aterior para la disolució diluida. alcula el grado de disociació (Nota: Por las codicioes, puedes aproximar que 1 1): 7 Reaccioes ácido-base 06

208 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 65N O 0,01 10 Kb 4,10, N Para calcular el p parte de la cocetració de ioes hidroxilo: alcula el po: [O ] 0,01 0,01, , M po log [O ] log, = 5,68 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 5,68 8, ATIVIDADES FINALES (págia 48) 57. La codeía es ua base de carácter débil cuya costate K b es alcula: a) uál es el p de ua disolució 0,0 M de codeía? b) uál es el valor de la costate de acidez del ácido cojugado de la codeía? La codeía es u alcaloide que se extrae del opio co aplicació farmacológica. Se emplea como aalgésico y atitusivo etre otras cosas. Su estructura es compleja e icluye ua amia terciaria. E el itrógeo de la amia hay u par libre de electroes que puede recibir u protó proporcioado así el carácter básico a la codeía. a) ostruye la tabla: ocetració (M) od O K b od O ocetració iicial 0,0 0 0 E reacció 0,0 0,0 0,0 ocetració e equilibrio 0,0 (1 ) 0,0 0,0 A partir de K b calcula el grado de disociació (Nota: Por las codicioes, puedes aproximar que 1 1): od O 7 0,0 0,0 Kb 910 Kb 0,0 Kb 6,7110 od 0, ,0 0, 0 Para calcular el p parte de la cocetració de ioes hidroxilo: alcula el po: [O ] 0,0 0,0 6, , M po log [O ] log 1, =,87 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14,87 10,1 b) Teiedo e cueta la relació etre K a y K b de pares cojugados, calcula K a: K 10 K K K K 14 w w a b a 7 Kb 910 1, Neutralizació 58. Las disolucioes de ácido metaoico (fórmico) puede producir dolorosas quemaduras e la piel. Alguas hormigas utiliza este ácido e sus mecaismos de defesa. Teemos 50 ml co 1,15 g de ácido metaoico disueltos. Dato: K a a) alcula el p de esta disolució. 7 Reaccioes ácido-base 07

209 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) A 9 ml de la disolució aterior se le añade 6 ml de ua disolució de NaO 0,15 M. Explica si la disolució resultate será ácida, eutra o básica. a) alcula la cocetració de ácido metaoico usado la masa molar del ácido: M(OO) 1,01 1,008 16,00 46, 06 g mol 1 m 1,15 g M 46,06 g 1 mol V V 0,5L OO OO 0,1M ostruye la tabla: ocetració (M) OO O K a OO O ocetració iicial 0,1 0 0 E reacció 0,1 0,1 0,1 ocetració e equilibrio 0,1 (1 ) 0,1 0,1 oocido K a 10 4, calcula el grado de disociació: OO O 0,1 0,1 Ka OO 0, ,1 0,1 + 4 Ka 10 0,1 Ka 4,4710 alcula el p a partir de la cocetració de oxoio: +,1,47 10 log 4,47 10 p log O log 0,1 log 0 4,5 b) Se trata de ua reacció de eutralizació ácido-base. OO NaO K a OONa O omo la reacció es mol a mol, calcula la catidad de sustacia de cada reactivo para valorar cuál está e exceso. La catidad de sustacia de cada reactivo es: OO [OO] V OO 0,1 M 0,009 L mol. NaO [NaO] V NaO 0,15 M 0,006 L mol. omo la catidad de sustacia de ambas especies es la misma y reaccioa mol a mol, para coocer el p fial recurrimos a la hidrólisis de la sal: OONa Na OO Na : ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o reaccioa co el agua. OO : base cojugada débil de u ácido débil (OO); se hidroliza segú la reacció: OO O K b OO O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O ] y p 7; la disolució es básica. 59. El p de ua disolució de ácido ítrico, NO, es,0. a) Determia la catidad (e mol) de io itrato e disolució sabiedo que el volume de la misma es de 50 ml. b) alcula la masa de hidróxido de sodio ecesaria para eutralizar 5 ml de la disolució aterior. Se suma 5 ml de hidróxido de sodio 0,001 M a 5 ml de la primera disolució de ácido ítrico, supoiedo que los volúmees so aditivos. c) Determia el p de la disolució obteida. a) omo el ácido ítrico es fuerte, se disocia por completo segú la reacció: NO NO 7 Reaccioes ácido-base 08

210 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO De la disociació y de la estequiometría de la reacció se deduce que: p, NO , M alcula la catidad de itrato usado el volume y la cocetració: NO 5, mol de NO 0,50 L de Dis. 1 L de Dis. 1,50 10 mol de NO 1,5 10 mol de NO b) Se trata de ua reacció de eutralizació ácido fuerte-base fuerte: M NO V 5mL m? 5, M alcula la masa usado la masa molar y factores de coversió: NaO NaNO O m NaO 5, mol de NO 0,05 L de Dis. 1 L de Dis. 1 mol de NaO 1 mol de NO 9,998 g denao 1mol mol de NaO 5, g denao mnao 5,01 10 g de NaO c) Tambié es ua eutralizació, pero e este caso para saber el p fial ecesitas calcular la catidad de sustacia de cada reactivo para comprobar si alguo está e exceso. Escribe la reacció de eutralizació: NO V 5mL M 5,01187 La catidad de sustacia de cada uo es: NaO NaNO O V 5mL 10 M M 10 M 4 NO NO V 5, M0,05L 1,50 10 mol 4 V NaO NaO 0,001 M0,05L 0,5 10 mol El NO está e exceso y, por tato, el p de la disolució será ácido: NO fiales NO iiciales NO eutralizados 1,50 10 mol 0,510 mol 1, mol Para calcular el p hallamos la cocetració [ ] que hay e exceso. omo el NO es u ácido fuerte, se disocia totalmete y [NO ] [ ]. Luego, el p será: 4 NO 1, mol, M V L 0,05 0,05 L Disolució p log log,006 10,697,7 60. Se prepara dos disolucioes. La primera co 1,61 g de ácido fórmico, OO, e agua hasta u volume de 100 cm. La seguda de ácido clorhídrico, l, de igual volume y cocetració. Dato: K a(oo) 1, a) uál es el grado de disociació del ácido fórmico? b) uál es el p de cada disolució? c) El volume de hidróxido de potasio 0,15 M ecesario para alcazar el puto de equivalecia, e ua eutralizació ácido-base, de la primera disolució. d) Qué masa de NaO hay que añadir sobre la seguda disolució para que el p sea 1? osidera que o hay variació e el volume de la disolució. a) alcula la cocetració de ácido metaoico usado la masa molar: M(OO) 1,01 1,008 16,00 46, 06 g mol 1 7 Reaccioes ácido-base 09

211 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO OO m 1,61 g mol OO M OO 46,06 g 1 V V 0,1L 0,498 M 0,5M ostruye la tabla: ocetració (M) OO O K a OO O ocetració iicial 0,5 0 0 E reacció 0,5 0,5 0,5 ocetració e equilibrio 0,5 (1 ) 0,5 0,5 oocido K a 1, , calcula el grado de disociació: + OO O 0,5 0,5 Ka 0,5 Ka Ka 0 OO 0, ,8510 1, ,5 1, Ka Ka 40,5 Ka 0,07 0,5 0,5 0,06 Solo tiee setido la solució positiva: 0,07 0,0. b) alcula el p de la disolució de ácido fórmico usado la expresió de la cocetració de oxoio de la tabla: + O 0,498 0,498 0,07 7,9510 M,1 + p log O log 7,95 10,0996 omo el l es u ácido fuerte, está completamete disociado y [l] [ O ] 0,498 M: + p log O log 0,49 0, ,46 c) Escribe la reacció de eutralizació y calcula la cocetració co la estequiometría: OO V 100 ml V? M 0,498 M M 0,15M KO OOK O V KO 0,1 L de OO 0,5 mol de OO 1 L de OO 1 mol de KO 1 mol de OO 1L de KO 0,L de KO 0,15 mol de KO V KO = ml d) Sigue teiedo p ácido, porque la reacció de eutralizació o es completa. o el valor de p, calcula la cocetració fial de l: p log [ O ] fial [ O ] fial 10 p ,1 M omo es ácido fuerte, está completamete disociado, [l] fial [ O ] fial 0,1 M. Y la catidad de ácido e exceso que queda al fial de la eutralizació es: La catidad iicial de ácido clorhídrico es: a reaccioado e la eutralizació: omo la reacció de eutralizació es mol a mol: fial [l] fial V 0,1 M 0,1 L 0,01 mol de l iical [l] iicial V 0,498 M 0,1 L 0,0498 mol de l eutralizados iical fial 0,0498 mol de l 7 Reaccioes ácido-base 10

212 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO l NaO Nal O Usado la masa molar y los coeficietes estequiométricos de las sustacias que iterviee e la reacció averiguamos la masa de NaO que se debe añadir: M(NaO),99 1,008 16,00 9,998 g mol 1 mnao 0,0498 mol de l 1 mol de NaO 1 mol de l 9,998 g denao 1 mol de NaO 0,999 g denao 1 g NaO 61. E ua disolució acuosa de ácido bezoico 0,05 M, este se ecuetra ioizado e u,49 %. alcula: a) uál es la costate K a de dicho ácido? b) Al diluir co agua ml del ácido 0,05 M hasta u volume de 10 ml, cuál es el uevo p? c) Qué volume de KO 0,1 M es ecesario para eutralizar 0 ml del ácido bezoico 0,05 M? a) Para calcular la costate teemos e cueta que el grado de ioizació es,49 % ( 0,049): ocetració (M) 6 5OO O 6 5OO O ocetració iicial 0,05 ocetració fial Valor co 0,049 0,05 (1 ) 0,05 0,05 0, , , A partir de la expresió del grado de disociació calcula K a: 6 5OO O 0, Ka 6, OO 0, b) alcula la cocetració de la disolució diluida teiedo e cueta que se coserva la catidad de soluto: M V M V M co co co dil co co dil dil dil Vdil M V 0,05M ml 10 ml 0,015M Por tato: ocetració (M) 6 5OO O 6 5OO O ocetració iicial 0,015 ocetració fial 0,015 (1 ) 0,015 0,015 oocido el valor de K a, calcula el grado de disociació OO O 0,015 0,015 Ka 6,110 OO 0, ,015 6,110 6, ,110 6, ,015 6,110 0, ,015 0,06700 Solo tiee setido la solució positiva y co ella se calcula la cocetració de oxoio: alcula el p co su defiició: 4 O 0,015 0,015 0,0679 9, M 4 p log O log 9,418 10,06,0 c) alcula el volume de KO ecesario para eutralizar el volume de ácido: 6 5OO KO 6 5OOK O 7 Reaccioes ácido-base 11

213 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Emplea los datos del euciado y los coeficietes estequiométricos como factores de coversió para calcular la respuesta: V 0,0 L de OO KO 6 5 0,05 mol de OO Lde OO 1 mol de KO 1 mol de 6 5 OO 1L de KO 0,1 mol de KO 0,01 L de KO 6. Dispoemos de 00 ml ua de disolució de ácido clorhídrico 0,4 M. Supoiedo que los volúmees so aditivos. a) uál es el p al añadir 15 ml de hidróxido de sodio 0,15 M a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M? b) Qué volume de hidróxido de sodio 0,15 M eutraliza a 5 ml de ácido clorhídrico 0,4 M? La reacció de eutralizació ajustada es: l NaO Nal O a) La reacció ocurre mol a mol. alcula la catidad de cada reactivo para averiguar cuál queda e exceso. Este determiará el p de la mezcla fial. La catidad de sustacia de cada uo es: l l V 0,4 M 0,005L 0,00mol l NaO NaO VNaO 0,15 M0,015L 0,005m ol ay exceso de la base, por lo que el p fial de la mezcla será básico. alcula la catidad de sustacia e exceso: 4 exceso iiciales eutralizados 0,005mol 0,00mol,5 10 mol de NaO omo la NaO es ua base fuerte, se disocia totalmete: NaO Na O omo cosecuecia, [O ] [NaO]. El volume fial se cosidera aditivo: NaO O V Disolució, mol L 0, ,01 L 0,015M A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p po 14 p 14 po 14 log O 14 log O 14 log 0,015 1,1 b) La eutralizació completa tiee lugar cuado la reacció se lleva a cabo mol a mol. Usa los datos y los coeficietes estequiométricos de la reacció como factores de coversió para ecotrar la respuesta. VNaO 0,005 L de l 0,4 mol de l 1 L d e l 1 mol denao 1 mol de l 1L d e NaO 0,01L 1, ml denao 0,15 mol denao 6. Justifica, supoiedo volúmees aditivos, si la disolució resultate de cada ua de las siguietes mezclas será ácida, básica o eutra. a) 50 ml de l 0,1 M 10 ml de NaO 0, M. b) 0 ml de Ac 0,1 M 10 ml de NaO 0, M. c) 0 ml de Nal 0, M 0 ml de NaO 0,1 M. d) 10 ml de l 0,1 M 10 ml de N 0,1 M. Datos: pk a(ac) 5; pk a(n) 9. a) Es ua eutralizació de ácido fuerte co base fuerte. El p resultate depederá de qué reactivo quede e exceso. alcula la catidad de cada uo de ellos y atediedo a la estequiometría de la reacció de eutralizació justifica: l l V 0,1M 0,050L 0,005mol de l l NaO NaO VNaO 0, M0,01L 0,00mol de NaO 7 Reaccioes ácido-base 1

214 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La reacció de eutralizació es: l NaO Nal O La reacció ocurre mol a mol y se detiee cuado se agota el NaO. Al fial de la reacció quedará Nal (sal eutra) y el exceso de l si eutralizar. El l al ser u ácido fuerte se disocia por completo: Por eso el p fial de la mezcla es ácido (p 7). l O l O b) Es ua eutralizació de ácido fuerte co base fuerte. alcula la catidad de sustacia de cada uo iicialmete: La reacció de eutralizació es: Ac Ac V 0,1M 0,00L 0,00mol de Ac Ac NaO NaO VNaO 0, M0,01L 0,00mol de NaO Ac NaO NaAc O La reacció ocurre mol a mol y se cosume completamete ambos reactivos. E los productos queda ua sal, NaAc, que se disocia e sus ioes: NaAc Ac Na Na. Es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO). No tiee tedecia a reaccioar co el agua, o se hidroliza. Ac. Es base cojugada débil de u ácido débil (NaAc) que sí reaccioará co el agua: Ac Kb O Ac O La presecia de aioes hidroxilo idica que el p de la hidrólisis es básico (p 7). c) Es ua mezcla de sal eutra co base fuerte. No se produce reacció: El Nal se disocia completamete e sus ioes (Nal Na l ). Estos so ácido y base cojugados muy débiles de ua base y u ácido fuerte respectivamete y o se hidroliza. El NaO al ser ua base fuerte se disocia por completo: NaO Na O. La presecia de aioes hidroxilo de la disociació del NaO idica que el p es básico (p 7). d) Será ácida, ya que se mezcla dos ácidos. 64. Ua mezcla de 46, g de hidróxido de potasio, KO, co 7,6 g de hidróxido de sodio, NaO, puros, se disuelve e agua hasta alcazar 500 ml. alcula el volume de ua disolució 0,5 M de ácido sulfúrico, SO 4, que se ecesitará para eutralizar 0 ml de la mezcla alcalia aterior. omo se trata de dos bases fuertes, se disociará por completo e disolució acuosa. alcula la catidad de cada uo de ellos e sus respectivas disolucioes usado la masa molar de cada ua de las bases: M(KO) 9,10 1,008 16,00 56,108 g mol 1 KO 46, g 1mol 56,108 g ostruye las tablas de las reaccioes: 0,85mol de NaO NaO 7, 6 g M(NaO),99 1,008 16,00 9,998 g mol 1 1mol 9,998 g 0,690 mol de NaO atidad (mol) KO O K O NaO O Na O Iicial 0,85 0,690 Fial 0,85 0,85 0,690 0,690 La catidad total de ioes O que se obtiee al mezclar ambas disolucioes: total 0,85 mol 0,690 mol 1,515 mol de O 7 Reaccioes ácido-base 1

215 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula ahora la cocetració de la mezcla alcalia teiedo e cueta que los volúmees so aditivos: 1,515mol V 0,5L O O,0M El ácido sulfúrico es u ácido fuerte que cuado se disocia libera dos protoes: ocetració (M) SO 4 O SO 4 O Iicial 0,5 Fial 0,5 1,0 uado se produce la eutralizació completa de los hidróxidos co el ácido sulfúrico, se obtiee: O O equilibrio equilibrio O V T O V T O V O V Base SO 4 Despeja el volume pedido y sustituye los datos coocidos: V SO 4 O,0 M V Base O 1M 0,00L 0,0909L 90,9 ml ATIVIDADES FINALES (págia 49) Volumetrías ácido-base 65. E la valoració del N coteido e 50 ml de u producto de limpieza se gastaro 0 ml de SO 4 0,1 M. a) Dibuja u esquema del motaje experimetal para llevar a cabo esta volumetría, idicado los materiales y las sustacias utilizadas. b) E el laboratorio se dispoe de feolftaleía (itervalo de viraje 8, 10) y aarajado de metilo (itervalo de viraje,1 4,4). uál es el idicador más adecuado para esta valoració? Escribe las reaccioes químicas que justifica la elecció. c) alcula la cocetració molar de amoiaco e el producto de limpieza. a) El motaje experimetal de ua volumetría ácido-base se puede ver e la figura 7.5 e la págia 9 del libro. Para este ejercicio sería ecesario poer los 50 ml del producto de limpieza e el matraz Erlemeyer, y abudate volume de la disolució valorate de SO 4 e la bureta (es la disolució de la coocemos la cocetració y se debe cotrolar el volume que se añade). b) Se trata de ua valoració de ua base débil (N ) co u ácido fuerte ( SO 4), cuya reacció es: La sal que se produce está disociada e la disolució: N SO N SO N SO N SO El catió amoio proviee de ua base débil y sí se hidroliza: N O N O 4 omo e esta hidrólisis se produce ioes oxoio, [ O ] [O ] y p 7. La disolució resultate es ácida e el puto de equivalecia. Por esta razó o se podría utilizar feolftaleía para detectar el puto de equivalecia, ya que su itervalo de viraje se sitúa a p básico. Sería mejor usar el aarajado de metilo, ya que sí tiee u itervalo de viraje situado e la zoa de p ácido (,1-4,4). 7 Reaccioes ácido-base 14

216 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Teiedo e cueta la reacció de eutralizació y los datos del ejercicio, calcula la cocetració de amoiaco: N 0,00 L de SO 4 0,1 mol de SO 1 L de SO 4 4 mol de N 1 mol de SO 4 1 0,050L de N 0,08 M 66. El ácido acético es u ácido débil que proviee de la oxidació del etaol (alcohol etílico) y se ecuetra e el viagre del vio. Valoramos 15 ml de viagre co ua disolució de NaO 0,860 M, y la curva de valoració obteida es la que se represeta e la figura. a) alcula la molaridad del ácido acético e el viagre p b) Qué p tiee el viagre? alcula el grado de ioizació del ácido acético e el viagre. 6 c) uáto vale la costate K a? Volume de la disolució de NaO (ml) a) De la gráfica tomamos la lectura del volume de NaO gastado e la eutralizació del ácido acético. Se puede ver que la curva efectúa su viraje cuado el volume de disolució de NaO utilizado es 1 ml. La reacció de eutralizació ajustada es: OO NaO OONa O Viedo que la reacció es mol a mol, utiliza los datos coocidos para calcular la cocetració del ácido: OO 0,01 L de NaO 0,860 mol de NaO 1 L de NaO 1 mol de OO 1 mol de NaO 1 0,015 L de OO 0,688 M b) E la curva se observa que el p e el equilibrio del ácido acético ates de iiciar la eutralizació es. o el equilibrio de ioizació, calcula el grado de ioizació del ácido: ocetració (M) OO O OO O Iicial 0,688 E el equilibrio 0,688 (1 ) 0,688 0,688 Utiliza la defiició de p para calcular el grado de disociació, : c) La costate de acidez es: K + p log O log p ,688 0,688 0,688 1,45 10 OO O 0,688 0,688 0,688 1,4510 a OO 0, ,4510 1, Al valorar 6 ml de ua disolució de hidróxido de potasio, KO, se ecesitaro 10 ml de ácido sulfúrico, SO 4, del 98 % e masa y desidad 1,8 g ml 1. Qué cocetració, expresada e g L 1, teía la disolució del hidróxido de potasio? Ajusta la reacció de eutralizació: SO 4 KO K SO 4 O alcula la catidad de ácido sulfúrico (e mol) usado los datos de la disolució de ácido sulfúrico y la masa molar: M( SO 4) 1,008,06 16, ,076 g mol 1 7 Reaccioes ácido-base 15

217 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 ml d e Dis. SO SO 4 4 1,8 g d e Dis. SO 4 1 ml d e Di s. SO 4 98 g de SO g d e Dis. SO 4 1mol de SO 4 0,180mol de SO4 98,076 g de SO 4 alcula la catidad de KO usado como factores de coversió los coeficietes estequiométricos: 0,180 mol de SO KO 4 mol de KO 0,60mol de KO 1 mol de SO 4 alcula la masa de KO que le correspode usado la masa molar: M(KO) 9,10 16,00 1,008 56,108 g mol 1 56,108 g de KO mko 0,60 mol de KO 0, g de KO 1 mol de KO alcula ahora la cocetració de KO e las uidades pedidas: 0, g de KO cko 561 g L 1 0,06 L de Dis. KO 68. Se ecesitaro,6 ml de ua disolució de hidróxido de sodio, NaO, de cocetració descoocida, para valorar 50 ml de ua disolució de ácido acético, OO, 0,11 M. Sabiedo que K a 1, : a) uál es el p de la disolució de ácido acético? b) uál es la cocetració de la disolució de hidróxido de sodio? a) Para calcular el p del ácido acético platea el equilibrio y calcula [ O ]: ocetració (M) OO O OO O Iicial 0,11 E el equilibrio 0,11 (1 ) 0,11 0,11 oociedo la costate, platea el equilibrio de disociació y calcula el grado de disociació teiedo e cueta que es válida la aproximació 1 1: OO O 0,11 0,11 Ka 0,11 OO 0, K 5 a 1,8 0,11 0, 11 1,8510 alcula el p co la expresió de la cocetració de oxoio: b) La reacció de eutralizació ajustada es: 10 p log O log 0,11 log 0,11 1,8 10,84 OO NaO OONa O Para calcular la cocetració de NaO que ha eutralizado al ácido acético utiliza factores de coversió, como la cocetració de ácido acético y los coeficietes estequiométricos: NaO 0,050 L de Dis. de OO 0,11 mol de OO 1 L de Dis. de OO 1mol NaO 1 mol de OO 1 0,06 L de NaO 0,17 M 69. Se prepara ua disolució de 100 ml disolviedo e agua 10 ml de u l comercial, de desidad es 1,19 g cm y riqueza 6 % e masa. Esta disolució se valora, utilizado como idicador feolftaleía, co otra disolució de NaO preparada disolviedo 4,0 g de la base hasta 00 ml de disolució. alcula, justificado tus respuestas. a) Las cocetracioes molares de ambas disolucioes. 7 Reaccioes ácido-base 16

218 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) El volume de disolució del NaO ecesario para valorar 0 ml de la disolució del l preparada. a) alcula la catidad de l usado los datos de los que dispoemos y la masa molar: m l 1,19 g de l comercial 10 ml de l comercial 1 cm de l comercial l 1 cm 1 ml 1mol de l 4,84 g de l 6,458 g de l 6 g de l puro 100 g de l comercial 0,1175mol del 4,84 g de l Y co este valor de catidad e mol, su cocetració: l 0,1175mol del l 1,175M 1, M V 0,1L alcula la catidad del NaO usado los datos de los que dispoemos y la masa molar: NaO 1mol de NaO 4,0 g de NaO 9,998 g de NaO 0,100mol denao Y co este valor de catidad e mol, su cocetració: b) La reacció de eutralizació ajustada es: NaO 0,100 mol de ao NaO 0,5 M V 0,L l NaO Nal O alcula el volume de disolució de NaO ecesario para valorar 0 ml de la disolució de l usado como factores de coversió las cocetracioes y los coeficietes estequiométricos: 1,175 mol de l 1 mol de NaO VNaO 0,00 L de Dis. de l 1 L de Dis. de l 1 mol de l V NaO 47 ml 1L de Dis. de NaO 0,50 mol de NaO 0,047L de Dis. de NaO 70. Se dispoe de ua disolució de ácido sulfúrico M. alcula el volume de ácido ecesario para eutralizar 50 ml de ua disolució acuosa que cotiee,4 g de hidróxido de sodio. La reacció de eutralizació ajustada es: SO 4 NaO NaSO 4 O alcula la catidad del NaO usado los datos de los que dispoemos y la masa molar: NaO 1mol de NaO,4 g de NaO 9,998 g de NaO 0,060mol denao Y co este valor de catidad e mol, su cocetració: NaO 0,060 mol de ao NaO 1,M V 0,050 L alcula el volume de disolució de ácido sulfúrico ecesario para valorar 50 ml de la disolució de NaO usado como factores de coversió las cocetracioes y los coeficietes estequiométricos: 1, mol de NaO 1 mol de SO4 1L de Dis. de SO 4 V SO 0,050 L de Dis. de NaO 4 1 L de Dis. de NaO mol de NaO mol de SO V SO 4 15 ml 4 0,015L de Dis. de SO 4 7 Reaccioes ácido-base 17

219 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO idrólisis 71. Explica cualitativamete cuál de los siguietes idicadores: azul de bromofeol, azul de bromotimol o feolftaleía, sería el más adecuado e las valoracioes: a) aq aq aq KO NO KNO O b) N aq NO aq N NO aq 4 c) aq aq aq KO l Kl O d) N aq OO aq OON aq 4 Datos: K a(no ) 7, 10 1 ; K b(n ) 1, ; K a( OO) 1,8 10 ; K w Itervalos de viraje: azul de bromofeol p,0-4,6; azul de bromotimol p 6,0-7,6; feolftaleía p 8,-10,00. a) Se trata de ua valoració de ua base fuerte (KO) co u ácido débil (NO ). La sal que se produce se disocia e los ioes: KNO El io NO, al proveir de u ácido débil, sí se hidroliza: K NO NO O NO O omo e esta hidrólisis se produce ioes O, [ O ] [O ] y p 7; la disolució resultate será básica e el puto de equivalecia. Por esta razó utilizaríamos la feolftaleía para detectar el puto de equivalecia, ya que su itervalo de viraje se sitúa a p básico. b) Se trata de ua valoració de ua base débil (N ) co u ácido fuerte (NO ). La sal que se produce se disocia e los ioes: N NO N NO El io amoio, al proveir de ua base débil, sí se hidroliza: 4 4 N O N O 4 omo e esta hidrólisis se produce ioes oxoio, [ O ] [O ] y p 7; la disolució resultate será ácida e el puto de equivalecia. Por esta razó es mejor utilizar el azul de bromofeol que tiee u itervalo de viraje situado e la zoa de p ácido (,0-4,6). c) Se trata de ua valoració de ua base fuerte (KO) co u ácido fuerte (l). La sal que se produce se disocia e los ioes: Kl K l Niguo de estos ioes se hidroliza por ser cojugados de ácido y base fuertes ambos. El puto de equivalecia de ua eutralizació se produce a p 7. omo los úicos ioes hidroxilo y oxoio so los proveietes del agua, la disolució será eutra. Por esta razó sería mejor utilizar el azul de bromotimol que tiee u itervalo de viraje situado e la zoa de p eutra (6,0-7,6). d) Se trata de ua valoració de ua base débil co u ácido débil. Se hidroliza ambos ioes de la sal producida: Ka N4 O NO b OO O K OO O Al haber ioes hidroxilo y oxoio e la disolució, el p fial depede ahora de las costates de acidez y basicidad de los ioes. alcula K a a partir del dato de K b del amoiaco (su base cojugada) y del producto ióico del agua K w: K 10 K K K K K 14 w w a b a 5,510 5 a N 4 5,510 Kb 1,810 7 Reaccioes ácido-base 18

220 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Aálogamete: K 10 K K K K K 14 w 1 1 w a b b 5,510 b OO 5,510 Ka 1,810 omo K b( OO ) K a(n 4 ), etoces [ O ] [O ]. Lo que hace que p 7. Por esta razó es mejor utilizar el azul de bromofeol, que tiee u itervalo de viraje situado e la zoa de p ácido (,0-4,6). 7. Dispoemos de cuatro disolucioes salias e agua. Sus características so: Disolució A: p,6. Disolució B: [O ] 10 7 M. Disolució : [O ] M. Disolució D: [ O ] M. otesta, justificado tu respuesta. a) El orde de las cuatro disolucioes por acidez creciete. b) uál o cuáles de ellas puede correspoder a ua disolució de KNO? c) uál o cuáles de ellas puede correspoder a ua disolució de NaNO? d) uál o cuáles de ellas puede correspoder a ua disolució de N 4Br? Datos: K a(no ) 7, 10 4 ; K b(n ) 1, Para poder ordearlas es ecesario que todos los datos esté e la misma escala. ovierte todo a la escala p: Disolució A: p,6. Disolució B: p 14 po 14 (log [O ]) 14 log Disolució : p 14 po 14 (log [O ]) 14 log Disolució D: p log [ O ] log a) uato mayor es la acidez, meor es el p; por tato, el orde pedido de meor a mayor acidez es el mismo que de mayor a meor p: D B A b) La disolució B. Ya que KNO es ua sal eutra que procede de ácido fuerte y base fuerte, y que e disolució resulta p 7. c) La disolució D. Ya que NaNO es ua sal que procede de ácido débil y base fuerte. E agua está disociada e sus ioes: NaNO Na NO. El catió Na + es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. El aió NO es base cojugada débil de u ácido débil (NO ) que sí reaccioará co el agua: NO Kb O NO O La presecia de aioes hidroxilo idica que el p de la hidrólisis es básico, [ O ] [O ]. Luego el p 7. d) Las disolucioes A o. Ya que N 4Br es la sal de ua base débil y u ácido fuerte. E agua está disociada e sus ioes: N4Br N4 Br. El catió N 4 es ácido cojugado débil de ua base débil (N ) que se hidroliza Ka segú la reacció: N4 O N O. El aió l es base cojugada muy débil de u ácido fuerte (l) que o reaccioa co el agua. La presecia de ioes O idica que el p de la hidrólisis será ácido, [ O ] [O ]. Luego el p Justifica tu respuesta a las siguietes cuestioes: a) Ordea, de meor a mayor p, las disolucioes acuosas de igual cocetració de Kl, F y NO. b) Ordea, de meor a mayor p, las disolucioes acuosas de igual cocetració de NalO, OONa y NaIO 4. 7 Reaccioes ácido-base 19

221 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Datos: K a(f) 10 ; K a(lo ) 10 ; K a(oo) 10 4 ; K a(io 4) a) Estudia uo por uo el p de las disolucioes y luego ordea: Kl: es sal de ácido y base fuerte. No se hidroliza. Kl K l El catió K es ácido cojugado débil de ua base fuerte (KO); o se hidroliza. El aió l es base cojugada muy débil de u ácido fuerte (l); o reaccioa co el agua. omo e esta hidrólisis o se produce ioes hidroxilo i oxoio, [ O ] [O ] y p 7; la disolució es eutra. F: es ácido débil que se disocia parcialmete e disolució acuosa. a K F O F O Su p será ácido (p 7), auque siempre meos ácido que el de u ácido fuerte. NO : es u ácido fuerte, que se disocia completamete e disolució acuosa. NO O NO O Su p será ácido (p 7). Por tato, el orde de meor a mayor p será: p NO p F p Kl b) Estudiamos la hidrólisis de las sales propuestas y su p e disolució: NalO : es sal de ácido débil y base fuerte. NalO Na lo Na : es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua. lo : es base cojugada débil de u ácido débil (lo ); sí se hidroliza segú la reacció: lo K O O b O l omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O + ] y p 7; la disolució es básica. OONa: es sal de ácido débil y base fuerte: OONa Na OO Na : es ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua. OO : es base cojugada débil de u ácido débil (OO); sí se hidroliza segú la reacció: Kb OO O OO O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O ] y p 7; la disolució es básica. NaIO 4: es sal de ácido débil y base fuerte: NaIO Na IO 4 4 Na : ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua. IO 4 : base cojugada débil de u ácido débil (IO 4); sí se hidroliza segú la reacció: K b IO4 O IO4O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O ] y p 7; la disolució es básica. Las tres disolucioes de las sales so básicas, así que para saber cuál de ellas tiee meor p y poder ordearlas ecesitamos recurrir a sus costates de basicidad. uato mayor es la costate del ácido, meor es la de la base 7 Reaccioes ácido-base 0

222 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO cojugada. Por tato, será meos básica y tedrá meor p la disolució cuyo ácido cojugado sea más ácido, el que tega mayor valor de K a. Luego: lo OO IO Ka Ka Ka lo OO IO K K K b b b p lo p OO p IO ATIVIDADES (págia 49) 74. Escribe la ecuació química correspodiete al proceso químico que tiee lugar al disolver e agua cada ua de las siguietes sustacias: itrato de sodio, ciauro de potasio, bromuro de litio, cloruro de amoio y acetato de sodio. Idica si su p será ácido, básico o eutro. Datos: K a(n) 4, ; K a( OO) 1, ; K b(n ) 1, El itrato de sodio se disocia completamete e sus ioes y estos o se hidroliza: Na. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. NO. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (NO ) y tampoco tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. Na NaNO O NO O NaO O O NO O omo los úicos ioes hidroxilo e hidroios so los proveietes del agua, p 7; la disolució es eutra. El ciauro de potasio (KN) es ua sal de u ácido débil y ua base fuerte: K. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (KO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. N. Base cojugada débil de u ácido débil (N); sí se hidroliza. K O KO O KN O Kb N O N O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O ] y p 7; la disolució es básica. El bromuro de litio (LiBr) es ua sal proveiete de ácido y base fuertes: Li. Ácido cojugado débil de ua base fuerte (LiO); o se hidroliza. Br. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (Br); o reaccioa co el agua. Li LiBrO Br O LiO O O Br O omo los úicos ioes hidroxilo e hidroios so los proveietes del agua, p 7; la disolució es eutra. El cloruro de amoio (N 4l) es la sal de ua base débil y u ácido fuerte: N 4. Ácido cojugado débil de ua base débil (N ); se hidroliza segú la reacció: l. Base cojugada muy débil de u ácido fuerte (l); o reaccioa co el agua. 7 Reaccioes ácido-base 1

223 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Ka 4 N O N O N4l O l O l O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroio, [ O ] [O ] y p 7; la disolució es ácida. El acetato de sodio ( OONa) es ua sal de ácido débil y base fuerte: Na. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. OO. Base cojugada débil de u ácido débil ( OO); sí se hidroliza segú la reacció: Na O NaO O OONa O Kb OO O OO O omo e esta hidrólisis se produce ioes hidroxilo, [O ] [ O ] y p 7; la disolució es básica. 75. Teemos ua disolució de la sal ciauro de potasio, KN, de cocetració 0,5 M. Sabiedo que le correspode la costate K a 7, , y que K w a) alcula el p y el grado de hidrólisis de esa disolució. b) uál debería ser el valor de la costate K b de ua base de cocetració 0,5 M para que os diera el mismo p que la disolució aterior? a) El KN es ua sal de ácido débil y base fuerte. Solo sufre hidrólisis el io ciauro: Kb N O N O Para calcular el p y el grado de disociació te e cueta este equilibrio. alla primero K b: La cocetració iicial del io ciauro: Platea el equilibrio de la hidrólisis: K 10 K K K K 1, w w a b b 10 Ka 7,510 KN K N 0,5M 0, 5M 0,5M ocetració (M) N O b N O ocetració iicial 0,5 0 0 ocetració que reaccioa 0,5 0,5 0,5 ocetració e equilibrio 0,5 (1 ) 0,5 0,5 De la expresió de K b, cosiderado la aproximació 1 1: N O 5 0,5 0,5 Kb 1,810 Kb 0,5 N 0, ,5 0,5 A partir del producto de solubilidad del agua calcula el p de la disolució resultate: p 14 po 14 log [O ] 14 log (0,5 ) 14 log (0,5 5,5 10 ) 11,4 K 5 5,5 10 b) omo la cocetració de la base, BO, es la misma que la del io ciauro, la cocetració iicial tambié, así como el valor de p de la disolució, el valor de la costate será tambié el mismo de la K b ya calculada para el io ciauro, K b 1, Reaccioes ácido-base

224 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 76. alcula el po de ua disolució de acetato de potasio 0,1 M. Dato: K a( OO) 1, El acetato de potasio ( OOK) es ua sal de ácido débil y base fuerte: OOK K OO K. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (KO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua, porque tiede a estar completamete ioizado. OO. Base cojugada débil de u ácido débil ( OO); sí se hidroliza segú la reacció: Kb OO O OO O Para calcular el p y el grado de disociació te e cueta este equilibrio. alla primero K b: La cocetració iicial de la base será: Platea el equilibrio de la hidrólisis: K 10 K K K K 5, w w a b b 5 Ka 1,810 OOK K OO 0,1M 0,1M 0,1M ocetració (M) OO O b OO O ocetració iicial 0,1 0 0 ocetració que reaccioa 0,1 0,1 0,1 ocetració e equilibrio 0,1 (1 ) 0,1 0,1 De la expresió de K b, cosiderado la aproximació 1 1: OO OO O 10 0,1 0,1 Kb 5,510 5 Kb 0,1 7,4510 0, ,1 0, 1 alcula el po: K 10 po log [O ] log (0,1 ) log (0,1 7, ) 5, acia qué lado (reactivos o productos) estará desplazados los siguietes equilibrios? OONa l OO Nal OONa O OO NaO Datos: K a( OO) 1, ; K a(l) 10 8 ; K a(na ) uato mayor sea el valor de K a de u ácido, más desplazado estará hacia la formació de ioes. Para el primer equilibrio K a(l) es muy grade, la reacció se desplazará hacia la formació de productos. Para el segudo equilibrio K a( OO) es mayor, la reacció se desplazará hacia la formació de reactivos. Para impedir la hidrólisis que puede ocurrir después de disolver acetato de sodio e agua, cuál de los siguietes métodos será más eficaz? Justifica cada respuesta. a) Añadir ácido acético a la disolució. b) Añadir Nal a la disolució. c) Añadir l a la disolució. d) Niguo, o es posible impedirla. OONa es sal de ácido débil y base fuerte. E disolució acuosa se da el equilibrio: OONa Na OO 7 Reaccioes ácido-base

225 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Na. Ácido cojugado muy débil de ua base fuerte (NaO) que o tiee tedecia a reaccioar co el agua. OO. Base cojugada de u ácido débil (OO); sí se hidroliza segú la reacció: K b OO O OO O a) Si se añade ácido acético (ácido débil), aumeta la cocetració de este ácido. Por el pricipio de Le hâtelier el equilibrio de hidrólisis del acetato se desplazará hacia los reactivos. Va e cotra de la hidrólisis pero o la impide. b) Si se añade Nal (sal eutra) a la disolució, la sal se descompodría e sus ioes Na y l. Tiee u io comú (Na ) co la disociació del acetato de sodio, por eso este equilibrio se desplaza hacia reactivos. Afecta al equilibrio de hidrólisis idirectamete, pues cosume ioes acetato. Dismiuye la presecia de acetato pero o impide su hidrólisis. c) Si se añade l (ácido fuerte) a la disolució, se produce la reacció: l O l O. Los O geerados reaccioará co los O proveietes de la hidrólisis. Se cosume este io y por el pricipio de Le hâtelier el equilibrio de hidrólisis del acetato se desplazará hacia los productos. Se potecia la hidrólisis. d) Niguo de los ateriores es la respuesta correcta. Disolucioes reguladoras 79. Dispoes de ua disolució reguladora de amoiaco, N, y cloruro de amoio, N 4l. Escribe la ecuació química que muestre cómo reaccioa la disolució reguladora preparada cuado: a) Se le añade ua pequeña catidad de ácido fuerte. b) Se le añade ua pequeña catidad de base fuerte. E la disolució reguladora está presetes el amoiaco y el amoio. Par cojugado de la base débil amoiaco, N, y el ácido débil amoio procedete de la sal cloruro de amoio, N 4. N O N O 4 a) U ácido fuerte se disocia totalmete: A A. Al añadir poca catidad de ácido fuerte se icorpora a la disolució ioes oxoio, O. Aumeta su cocetració desplazado el equilibrio de la disolució reguladora hacia la izquierda. Auque el p de la disolució fial apeas varía. N A O N A O 4 b) Ua base fuerte se disocia totalmete: BO B O. Si se añade u poco de base etra e juego los ioes hidroxilo, O. Estos reaccioa co los ioes oxoio, O, haciedo que dismiuya su cocetració. El equilibrio de la disolució reguladora se desplaza hacia la derecha para compesar la pérdida de cocetració de oxoio. N4 BO N B O 80. El ácido butaoico, de ombre comú ácido butírico, se utiliza e la obteció de compuestos que se sirve e forma de jarabe. emos preparado e el laboratorio ua disolució acuosa de este ácido y el p medido experimetalmete ha sido de,7. a) Escribe la reacció del ácido butírico e agua. b) uál era la cocetració iicial de la disolució acuosa de ácido butírico? c) Qué habría que añadir a la disolució de ácido butírico para teer ua disolució amortiguadora de p? Justifica tus respuestas. Dato: K a(ác. butírico) 1, a) Escribe la reacció: () OO O b) alcula la cocetració de O de la disolució a partir del p: () OO O + + p,7 p log O O , Reaccioes ácido-base 4

226 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ostruye la tabla co las cocetracioes iicial y e el equilibrio: ocetració (M) ( ) OO O ( ) OO O Iicial i E el equilibrio i (1 ) i i alcula la cocetració iicial usado la costate de disociació (K a 1, ) y la cocetració de O + de la disolució e el equilibrio ([ O + ] 1,91 10 ): K ( ) OO O O O O 1,9110 a i 5 ( ) OO i 1 i Ka 1,510 0,4 M Nota: Por las codicioes del problema, podemos aproximar que 1 1 y simplificar los cálculos. c) Las disolucioes reguladoras o amortiguadoras se caracteriza porque e ellas solo se produce pequeñas variacioes e el p a pesar de la adició de u ácido o ua base. Suele estar formadas por u ácido o base débil y su cojugado correspodiete. ay que añadir io butaoato (base cojugada del ácido butírico) e la solució acuosa de ácido butírico. ay que teer e la solució ua mezcla de u ácido débil y su base cojugada e cocetracioes similares. Esto os permitirá eutralizar, y mateer el p. Tambié es correcto: añadir u poco de ua base fuerte, por ejemplo NaO, para covertir ua parte del ácido butírico e io butaoato, y que e la solució haya al fial ácido butírico y su base cojugada e cocetracioes similares, que os permitirá eutralizar (y mateer el p). QUÍMIA EN TU VIDA (págia 5) Por qué es ecesario buscar uevos materiales que sea capaces de elimiar la cotamiació? Porque la cotamiació ambietal es u problema grave asociado a las emisioes de gases de efecto iveradero. uál es la fució de la luz del sol e este proceso? Y la del TiO? Las emisioes que se realiza a la atmósfera desde las idustrias químicas y, tambié, desde los vehículos a motor lleva e su composició los deomiados NO x, óxidos de itrogéo NO y NO, que especialmete e la troposfera y por acció de la luz solar reaccioa co el oxígeo molecular, O, produciedo ozoo, O, que es u gas tóxico. Para paliar este problema, desde hace uos años, se está desarrollado diferetes tipos de pavimetos y asfaltos que lleva e su composició dióxido de titaio, TiO, u compuesto que actúa como fotocatalizador heterogéeo de ua reacció y trasforma los NO x, por acció de la luz solar, e sales de itrato, NO e lugar de e ozoo. E qué época del año será más eficaz la acció del TiO? Será efectivas e los parkig subterráeos? La acció del TiO será más eficaz e la época del año e que mayor isolació haya. No, ecesita la acció de la luz solar. Ivestiga e la web el proyecto Life+ EQUINOX, su objetivo es comprobar la duració de las capas asfálticas que cotiee TiO ates de perder eficacia. Respuesta abierta. 7 Reaccioes ácido-base 5

227 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 7 Reaccioes ácido-base 6

228 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 7

229 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 8

230 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Reaccioes de trasferecia de electroes 8 PARA OMENZAR (págia 5) Qué otros ejemplos cooces del uso de las baterías de litio? Además de e el vehículo eléctrico, las baterías de io litio se puede emplear e dispositivos como los siguietes: Teléfoos móviles, ordeadores portátiles, tablets, etc. Equipos idustriales, como carretillas elevadoras, gatos de plataforma, etc. arros de golf, carros para trasportar maletas e aeropuertos, etc. Dispositivos persoales de movilidad, como sillas de ruedas eléctricas. erramietas idustriales. Satélites espaciales. Dóde se fabrica estas baterías? Las baterías de io litio se fabrica países como Japó, EE. UU., hia, Argetia omo su uso se está geeralizado, podemos hablar ya de ua fabricació a ivel global. Ivestiga dóde se sitúa los pricipales yacimietos de litio e el mudo. Bolivia, hile y Argetia cocetra más de la mitad de las reservas de litio que hay e el plaeta, estimado e uos 40 milloes de toeladas. PRATIA (págia 54) 1. alcula la masa molar de u gas si g del mismo ocupa u volume de 6,756 L a ua presió de 040 mm de g cuado la temperatura es de 57 º. Dato: 1 atm = 760 mm de g. Para calcular la masa molar del gas utiliza la ecuació de los gases ideales. E ella sustituye la catidad,, por el cociete etre la masa, m, y la masa molar, M: m mrt pv RT pv RT M M pv ovierte los datos de presió y temperatura: T (57 7) 0 K 1 atm p 040 mm de g 760 mm de g 4,0 atm Sustituye los datos y opera: M atm L g0,08 0 K mol K 4,0 atm 6,756 L g mol ATIVIDADES (págia 57). alcula el úmero de oxidació de cada elemeto e los compuestos: LiAl 4 y Na SO. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 9

231 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E la molécula de LiAl 4 teemos: El Li, al ser u alcalio, tedrá úmero de oxidació 1. El Al, al ser u térreo, preseta úmero de oxidació. omo la molécula LiAl 4 es eutra, la suma de los úmeros de oxidació será cero, luego:. o ox. (Li). o ox. (Al). o ox. () 4 0 (1) (). o ox. () 4 0. o ox. () 1 Por tato, el tiee úmero de oxidació 1. E la molécula de Na SO teemos: El Na, al ser u alcalio, tedrá úmero de oxidació 1. El O preseta úmero de oxidació. omo la molécula Na SO es eutra, la suma de los úmeros de oxidació será cero, luego:. o ox. (Na). o ox. (S). o ox. (O) 0 (1). o ox. (S) () 0. o ox. (S) Por tato, el S tiee úmero de oxidació.. uáles de las siguietes reaccioes correspode co procesos de oxidació-reducció? Idetifica e cada caso el oxidate y el reductor, la especie formada por oxidació y la obteida por reducció. Escribe las semirreaccioes de oxidació y reducció. a) a (PO 4) 10 6 SiO P 4 10 O 6 asio b) ao NO a(no ) O O c) NalO Br NaBrO l a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: a (PO 4) 10 6 SiO P 4 10 O 6 asio ay elemetos que cambia su úmero de oxidació, así que sí es u proceso de oxidació-reducció. El elemeto que se reduce (baja su úmero de oxidació) es el oxidate. El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el reductor. Así: El fósforo se reduce oxidado al carboo. Luego, el PO 4 es el agete oxidate. La especie formada por oxidació es O. El carboo se oxida reduciedo al fósforo. Luego, el es el agete reductor. La especie formada por reducció es P 4. Las semirreaccioes de oxidació y reducció so: Oxidació: O Reducció: PO 4 P 4 b) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: ao NO a(no ) O O No hay elemetos que cambie su úmero de oxidació, así que o es u proceso de oxidació-reducció. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 0

232 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: NalO Br NaBrO l ay elemetos que cambia su úmero de oxidació, así que sí es u proceso de oxidació-reducció. El elemeto que se reduce (baja su úmero de oxidació) es el oxidate. El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el reductor. Así: El cloro se reduce oxidado al bromo. Luego, el lo es el agete oxidate. La especie formada por oxidació es BrO. El bromo se oxida reduciedo al cloro. Luego, el Br es el agete reductor. La especie formada por reducció es l. Las semirreaccioes de oxidació y reducció so: Oxidació: Br BrO Reducció: lo l ATIVIDADES (págia 60) 4. Ajusta las siguietes reaccioes por el método del io-electró: a) K r O 7 I lo 4 r(lo 4) KlO 4 I O b) KIO KI SO 4 I K SO 4 O c) KIO Al l All KI O E los tres casos se trata de ua reacció e medio ácido. a) 1. Escribe la ecuació e forma ióica: K r O 7 I lo 4 r lo 4 K lo 4 I O. Asiga úmeros de oxidació a las especies que sufre cambio e la reacció: K r O 7 I lo 4 r lo 4 K lo 4 I O. Idetifica las semirreaccioes de oxidació y reducció, escribiédolas por separado: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: r O 7 r 4. Ajusta los átomos de cada elemeto, excepto oxígeo e hidrógeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: r O 7 r 5. Ajusta los átomos de oxígeo añadiedo O dode falte oxígeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: r O 7 r 7 O 6. Ajusta los átomos de hidrógeo añadiedo dode falte hidrógeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: r O 7 14 r 7 O 7. Ajusta la carga eléctrica co electroes, e : Semirreacció de oxidació: I I e Semirreacció de reducció: r O e r 7 O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 1

233 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8. Multiplica cada semirreacció por u úmero tal que haga que el úmero de electroes cedidos sea igual al úmero de electroes gaados: Semirreacció de oxidació: ( I I e ) Semirreacció de reducció: r O e r 7 O 9. Suma las dos semirreaccioes, elimiado los electroes, y obteemos la ecuació ióica: r O I r I 7 O 10. Por último, escribe la ecuació e su forma molecular añadiedo los ioes ecesarios segú le ecuació iicial: b) 1. Escribe la ecuació e forma ióica: K r O 7 6 I 8 lo 4 K IO K I SO 4 r(lo 4) KlO 4 I 7 O I K SO 4 O. Asiga úmeros de oxidació a las especies que sufre cambio e la reacció: K IO K I SO 4 I K SO 4 O Estamos ate ua reacció de dismutació, e la que el yodo es el elemeto que se oxida y se reduce.. Idetifica las semirreaccioes de oxidació y reducció, escribiédolas por separado: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: IO I 4. Ajusta los átomos de cada elemeto, excepto oxígeo e hidrógeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: IO I 5. Ajusta los átomos de oxígeo añadiedo O dode falte oxígeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: IO I 6 O 6. Ajusta los átomos de hidrógeo añadiedo dode falte hidrógeo: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: IO 1 I 6 O 7. Ajusta la carga eléctrica co electroes, e : Semirreacció de oxidació: I I e Semirreacció de reducció: IO 1 10 e I 6 O 8. Multiplica cada semirreacció por u úmero tal que haga que el úmero de electroes cedidos sea igual al úmero de electroes gaados: Semirreacció de oxidació: 5 ( I I e ) Semirreacció de reducció: IO 1 10 e I 6 O 9. Suma las dos semirreaccioes, elimiado los electroes, y obteemos la ecuació ióica: IO 1 10 I 6 I 6 O 10. Por último, escribe la ecuació e su forma molecular añadiedo los ioes ecesarios segú le ecuació iicial: Simplifícala dividiedo todos los coeficietes etre : KIO 10 KI 6 SO 4 6 I 6 K SO 4 6 O KIO 5 KI SO 4 I K SO 4 O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes

234 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) 1. Escribe la ecuació e forma ióica: K IO Al l Al l K I O. Asiga úmeros de oxidació a las especies que sufre cambio e la reacció: K IO Al l Al l K I O. Idetifica las semirreaccioes de oxidació y reducció, escribiédolas por separado: Semirreacció de oxidació: Al Al Semirreacció de reducció: IO I 4. Ajusta los átomos de cada elemeto, excepto oxígeo e hidrógeo: No es ecesario. 5. Ajusta los átomos de oxígeo añadiedo O dode falte oxígeo: Semirreacció de oxidació: Al Al Semirreacció de reducció: IO I O 6. Ajusta los átomos de hidrógeo añadiedo dode falte hidrógeo: Semirreacció de oxidació: Al Al Semirreacció de reducció: IO 6 I O 7. Ajusta la carga eléctrica co electroes, e : Semirreacció de oxidació: Al Al e Semirreacció de reducció: IO 6 6 e I O 8. Multiplica cada semirreacció por u úmero tal que haga que el úmero de electroes cedidos sea igual al úmero de electroes gaados: Semirreacció de oxidació: (Al Al e ) Semirreacció de reducció: IO 6 6 e I O 9. Suma las dos semirreaccioes, elimiado los electroes, y obteemos la ecuació ióica: IO 6 Al Al I O 10. Por último, escribe la ecuació e su forma molecular añadiedo los ioes ecesarios segú le ecuació iicial: KIO Al 6 l All KI O 5. Dada la reacció de oxidació-reducció: I NO IO NO O Escribe la reacció molecular ajustada por el método del io-electró. Idica cuál es el agete oxidate y cuál el agete reductor. Se trata de ua reacció e medio ácido: I NO IO NO O El elemeto que se reduce (dismiuye su úmero de oxidació) es el agete oxidate. El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el agete reductor. Así: El yodo se oxida reduciedo al itrógeo, luego el I es el agete reductor. El itrógeo se reduce oxidado al yodo, luego el NO es el agete oxidate. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: (I 6 O IO 1 10 e ) Semirreacció de reducció: (NO 4 e NO O) 10 8 Reaccioes de trasferecia de electroes

235 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Suma las dos semirreaccioes (simplificado electroes, moléculas de agua y protoes e comú) para obteer la ecuació ióica: I NO ( 0 ) 6 6 IO 10 NO O ( 0 ) Por último, escribe la ecuació e su forma molecular ya ajustada: I 10 NO 6 IO 10 NO O 6. E disolució ácida el clorato de potasio, KlO, oxida al cloruro de hierro(ii) a cloruro de hierro(iii), quedado reducido a cloruro de potasio y agua. Ajusta la reacció por el método del io-electró. Se trata de ua reacció e medio ácido: KlO Fel Fel Kl O 5 1 K lo Fe l Fe l K l O Escribe las semirreaccioes y ajusta oxígeos, hidrógeos y cargas: Semirreacció de oxidació: (Fe Fe e ) 6 Semirreacció de reducció: lo 6 6 e l O Suma las dos semirreaccioes (simplificado los electroes) para obteer la ecuació ióica: lo 6 Fe 6 6 Fe l O Por último, escribe la ecuació e su forma molecular después de añadir los ioes que la completa: KlO 6 Fel 6 Fel Kl O ATIVIDADES (págia 6) 7. Se sabe que el io permagaato oxida el hierro(ii) a hierro(iii), e presecia de ácido sulfúrico, reduciédose él a M(II). a) Ajusta la reacció ióica global. b) Qué volume de permagaato de potasio 0, M se requiere para oxidar 40 ml de disolució 0,01 M de sulfato de hierro(ii) e disolució de ácido sulfúrico? a) Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta oxígeos, hidrógeos y cargas: Semirreacció de oxidació: (Fe Fe e ) 5 Semirreacció de reducció: MO e M 4 O Suma las dos semirreaccioes (simplificado los electroes) para obteer la ecuació ióica: MO Fe M 5 Fe 4 O b) Usado los datos de cocetració y la estequiometría de la reacció como factores de coversió, calcula el volume de permagaato de potasio 0, M que se requiere para oxidar 40 ml de disolució 0,01 M de sulfato de hierro(ii): 40 ml disolució FeSO Fe 4 0,01 mol FeSO ml disolució FeSO 4 1mol Fe 1 mol FeSO 4 0,0004 mol Fe V(KMO ) 0,0004 mol Fe 4 1 mol MO 4 5 mol Fe 110 ml disolució KMO4 0, mol KMO 4 1 mol MO 4 1 mol KMO 4 0, 4 ml disolució KMO 4 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 4

236 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 8. Dada la siguiete reacció química ya ajustada: a) Idetifica al oxidate y al reductor. 1 AgNO l N O Agl O 5 b) alcula la catidad de N O 5 que se obtiee a partir de 40 g de AgNO supoiedo u redimieto del 100 %. c) alcula el volume de oxígeo que se obtiee medido a 0 º y 10 mm de g. a) El elemeto que se oxida (pierde electroes) es el reductor. El elemeto que se reduce (gaa electroes) es el oxidate Ag NO l N O Ag l O Por tato, el oxígeo se oxida y el AgNO es el agete reductor. El cloro se reduce y el l es el oxidate. b) Usa los factores de coversió y la estequiometría de la reacció para calcular la catidad de N O 5 que se obtiee a partir de 40 g de AgNO supoiedo u redimieto del 100 %: 40 g de AgNO NO5 M(AgNO ) 107,9 14,01 16,00 169,91 gmol 1 mol de AgNO 169,91 g de AgNO 1mol de N O 1 5 0,118 mol de NO5 mol de AgNO c) Determia los moles de oxígeo formados a partir de la catidad de N O 5: O 0,118 mol de N O5 1 mol de O 0,059mol de O 1 mol de N O Para calcular el volume de oxígeo obteido utiliza la ecuació de estado de los gases ideales: 5 T (0 7) 9K 1 atm p 10 mm de g 760 mm de g RT pv RT V p 0,408 atm atm L 0,059 mol 0,08 9 K mol K 0,408 atm,47 L ATIVIDAD (págia 6) 9. Para coocer la cocetració de ua disolució de agua oxigeada, realizamos ua valoració redox que puede resumirse e la siguiete reacció: KMO 4 O SO 4 a) Ajusta la ecuació por el método del io-electró. MSO 4 O K SO 4 O b) Para la valoració de 10 ml de la muestra de O gastamos 100 ml de disolució 0,01 M de KMO 4. alcula la cocetració de la disolució de O. a) Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe la ecuació química co los ioes disociados idicado el úmero de oxidació de las especies que se oxida y reduce: K MO 4 O SO 4 M SO 4 O K O Escribe las semirreaccioes y ajusta masas, oxígeos, hidrógeos y cargas: Semirreacció de oxidació: ( O O e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 5

237 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Suma las dos semirreaccioes (simplifica electroes y protoes) para obteer la ecuació ióica: MO 4 5 O 6 M 5 O 8 O Por último, escribe la ecuació e su forma molecular añadiedo los ioes potasio y sulfato que falta: KMO 4 5 O SO 4 MSO 4 5 O K SO 4 8 O b) A partir de los 100 ml de KMO 4 0,01 M empleados e la valoració, calcula la catidad de O que reaccioa teiedo e cueta la estequiometría de la reacció: O 100 ml de KMO 4 0,01 mol de KMO 4 5mol de O 1000 ml de KMO 4 mol de KMO 4,5 10 mol de O alcula ahora la cocetració de la disolució de agua oxigeada: M O,510 mol 0,5 M V 0,010 L ATIVIDAD (págia 67) 10. Explica razoado, e ua pila Daiell: a) E qué cosiste el puete salio? Para qué sirve? b) E qué electrodo se ha producido la oxidació y e cuál la reducció? c) Represeta simbólicamete la pila. La reacció que se produce e ua pila Daiell es: Z uso 4 ZSO 4 u a) U puete salio es u dispositivo de laboratorio utilizado para coectar las semiceldas de oxidació y reducció. E la pila Daiell expuesta e la págia 65 del libro de texto es ua disolució de cloruro de potasio coectada co ambas semiceldas. El puete salio sirve para aislar los coteidos de las dos semiceldas, mateiedo la electroeutralidad mediate el movimieto itero de ioes y cerrado el circuito. Los catioes potasio sustituye a los catioes cobre(ii) que desaparece e la reducció que se produce e el cátodo. Los ioes cloruro equilibra co su carga egativa la llegada de los catioes cic e el áodo. b) E el áodo tiee lugar la oxidació: E el cátodo, la reducció: c) La represetació simbólica de ua pila Daiell es: Z u e Z e u Z(s) Z (aq, 1 M) u (aq, 1 M) u(s) ATIVIDADES (págia 70) 11. Dibuja ua pila costruida co electrodos de cobre y plata sumergidos, respectivamete, e disolucioes 1 M de sulfato de cobre(ii) y itrato de plata. Idica qué electrodo será el áodo, cuál será el cátodo, la direcció del flujo de electroes, el potecial de la pila y las semirreaccioes que tiee lugar e cada electrodo. Datos e la tabla 8.1. El esquema simbólico de la pila sería el siguiete: u(s) u (aq) Ag (aq) Ag(s) 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 6

238 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El dibujo pedido: e e Áodo Nal átodo u uso 4 AgNO Ag u l Na Ag Los electroes se desplaza desde el áodo de cobre hasta el cátodo de plata, como se puede ver co la orietació de las flechas e la figura. alcula el potecial de la pila: Las semirreaccioes so: Epila Ecátodo Eáodo 0,80 V ( 0,4) V 0,46V Semirreacció de oxidació (áodo): u u e Semirreacció de reducció (cátodo): Ag 1 e Ag 1. Dispoemos de Z metálico, u metálico y disolucioes 1 M de itrato de cic y 1 M de itrato de cobre(i). Explica cuál o cuáles de las sustacias ateriores se podría utilizar y escribe las semirreaccioes redox correspodietes para que: a) Los ioes Fe de ua disolució se reduzca a ioes Fe. b) Los ioes Fe de ua disolució se reduzca a ioes Fe y estos se reduzca a Fe metálico. Datos e la tabla 8.1. Busca e la tabla 8.1 los poteciales estádar de reducció de los materiales dispoibles: ic: E 0 (Z /Z) 0,76 V. obre: E 0 (u /u) 0,51 V; E 0 (u /u) 0,40 V Buscamos que las reduccioes propuestas sea espotáeas. Para ello, E E E 0 V E E. pila cátodo áodo cátodo áodo a) Busca e la tabla 8.1 el potecial estádar de reducció de la reducció propuesta: E 0 (Fe /Fe ) 0,771 V. Si el Fe se reduce a Fe, e el cátodo de ua hipotética pila (Fe 1 e mayor que la especie que se oxida e el áodo. Fe ). Para ello, su potecial ha de ser Observa que: E 0 (Fe /Fe ) E 0 (Z /Z); y E 0 (Fe /Fe) E 0 (u /u). Por tato, se puede usar como áodo tato el electrodo de cobre como el de cic. Las semirreaccioes redox sería: Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): Fe 1 e Fe Oxidació (áodo): u u e Reducció (cátodo): Fe 1 e Fe El potecial estádar de cada pila: Epila Ecátodo Eáodo 0,771 V ( 0,76 V) 1,54 V Epila Ecátodo Eáodo 0,771 V ( 0,40 V) 0,41 V Ambos so mayores que cero y será procesos espotáeos. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 7

239 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Busca e la tabla 8.1 el potecial estádar de reducció de la ueva reducció propuesta: E 0 (Fe /Fe) 0,440 V. Si el Fe se reduce a Fe, e el cátodo de la pila se cocatea dos reduccioes (Fe 1 e Fe e Fe). Para ello, el meor potecial de reducció ha de ser mayor que el de la especie que se oxida e el áodo. Observa que aquí solo se cumple que E 0 (Fe /Fe) E 0 (Z /Z). Por tato, solo se puede usar como áodo el electrodo de cic. Las semirreaccioes redox sería: Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): Fe 1 e Fe Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): Fe e Fe El potecial estádar de cada pila: Epila Ecátodo Eáodo 0,771 V ( 0,76 V) 1,54 V Epila Ecátodo Eáodo 0,440 V ( 0,76 V) 0, V Ambos so mayores que cero y tato la primera reducció como la seguda tedría lugar. ATIVIDAD (págia 74) 1. Ua posible batería para vehículos eléctricos es la de cic-cloro. La reacció que produciría electricidad se puede expresar así: Z l Z l alcula el potecial E 0 de esta célula. Datos: E 0 (Z /Z) 0,76 V; E 0 (l /l ) 1,6 V. Las semirreaccioes redox so: Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): l e l E ua pila o batería, el par de potecial de reducció más egativo, siempre actúa de áodo, mietras que el par de potecial de reducció más positivo actúa de cátodo. alcula etoces el potecial de la célula: Epila Ecátodo Eáodo 1,6 V ( 0,76 V),1V ATIVIDAD (págia 78) 14. Explica qué material de laboratorio es ecesario para realizar la deposició electrolítica de cobre a partir de ua disolució acuosa de sulfato de cobre(ii). Dibuja u esquema de la cuba electrolítica. La cuba electrolítica cosiste e dos electrodos sumergidos e ua disolució acuosa de sulfato de cobre(ii) y coectados a ua fuete de alimetació que sumiistra corriete cotiua. Por tato, el material de laboratorio ecesario para realizar la deposició electrolítica de cobre a partir de ua disolució acuosa de sulfato de cobre(ii) será: Ua cubeta. La disolució acuosa de sulfato de cobre(ii). Para prepararla ecesitaremos u vaso de precipitados, u vidrio de reloj, ua balaza, sulfato de cobre, agua destilada y u agitador. Dos electrodos. obre e el cátodo y grafito e el áodo. Ua fuete de alimetació de corriete cotiua. El esquema de la cuba electrolítica es el siguiete: O(l) O (g) u (aq) u(s) U dibujo de la cuba está a la derecha. Áodo O e V SO 4 e u átodo O u 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 8

240 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 80) Justifica si so ciertas o falsas las siguietes afirmacioes relativas a la electrolisis. a) La masa de sustacia obteida e u electrodo durate la electrolisis es directamete proporcioal a la itesidad de corriete eléctrica que circula por la cuba electrolítica. b) La masa de sustacia obteida e u electrodo durate la electrolisis es directamete proporcioal al tiempo durate el cual ha circulado la corriete eléctrica. c) Para ua misma catidad de corriete circulate por la disolució, la catidad de sustacia obteida e u electrodo depede exclusivamete de la carga del io que se deposita. a) Segú la primera ley de Faraday: m E I t Vemos que la masa, m, es directamete proporcioal a la itesidad, I. La afirmació es verdadera. b) Segú la primera ley de Faraday: m E I t Podemos comprobar que la masa, m, es directamete proporcioal al tiempo, t. La afirmació es verdadera. c) Segú la seguda ley de Faraday: M m zf Para cada especie hay dos parámetros a teer e cueta: la masa molar M auque es costate para cada io, la carga del io z puede cambiar (por ejemplo, Fe y Fe ). Para ua misma catidad de corriete que circula (Q I t). F es la costate de Faraday y o es variable. La afirmació es verdadera. AI pasar ua corriete durate el tiempo de horas y 40 miutos a través de ua disolució de u(ii), se deposita,64 g de cobre metálico. a) alcula la itesidad de la corriete. b) alcula la carga del electró. Datos: F mol 1 ; N A 6,0 10. a) La semirreacció que tiee lugar es la siguiete: u e Para calcular la itesidad de corriete aplica la seguda ley de Faraday y despeja la itesidad de corriete: Q u M M mzf m Q It I zf zf Mt ambia la medida del tiempo a uidades del sistema iteracioal: t h 40mi h 600 s 1h 40 mi 60 s 1 mi 100 s Sustituye los datos y opera: I,64 g mol 0,875A g 6, s mol 0,84 A b) alcula la carga que circuló durate este tiempo Q: Q It 0,84 A100 s Reaccioes de trasferecia de electroes 9

241 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula el úmero de electroes, N, añadidos al reducir la masa de cobre: 1 mol de u 6,010 átomos de u N,64 g de u 6,55 g de u 1 mol de u Determia la carga del electró: e 1 átomo de u 6, e Q N q q Q N e e 1, ,6 10 6,89910 e ATIVIDADES FINALES (págia 89) Oxidació y reducció Eucia el cocepto de oxidació y de reducció. Ua oxidació es u proceso por el cual ua sustacia pierde electroes. Ua reducció es u proceso por el cual ua sustacia gaa electroes. alcula el úmero de oxidació de cada elemeto e los compuestos Na S O y a(lo 4). E la molécula de Na S O teemos: El Na, al ser u alcalio, tedrá úmero de oxidació 1. El O preseta úmero de oxidació. omo la molécula Na S O es eutra, la suma de los úmeros de oxidació será cero, luego: Por tato, el S tiee úmero de oxidació. E la molécula de a(lo 4) teemos:. o ox. (Na). o ox. (S). o ox. () 0 (1). o ox. (S) () 0. o ox. (S) 4 0. o ox. (S) El a, al ser u alcaliotérreo, tedrá úmero de oxidació. El O preseta úmero de oxidació. omo la molécula a(lo 4) es eutra, la suma de los úmeros de oxidació será cero, luego: Por tato, el l tiee úmero de oxidació 7.. o ox. (a) [. o ox. (l). o ox. (O) 4] 0 () [. o ox. (l) () 4] 0. o ox. (l) o ox. (l) 7 Justifica si las siguietes reaccioes so de oxidació-reducció e idetifica el agete oxidate y el reductor dode proceda: a) NaO NO NaNO O b) u l ul c) 4 O O O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 40

242 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: NaO NO NaNO O No hay elemetos que cambie su úmero de oxidació, así que o es u proceso de oxidació-reducció. b) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: u l ul ay elemetos que cambia su úmero de oxidació, así que sí es u proceso de oxidació-reducció. El elemeto que se reduce (baja su úmero de oxidació) es el oxidate. El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el reductor. Así: El cloro se reduce oxidado al cobre. Luego, el l es el agete oxidate. El cobre se oxida reduciedo al cloro. Luego, el u es el agete reductor. c) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: O O O ay elemetos que cambia su úmero de oxidació, así que sí es u proceso de oxidació-reducció. El elemeto que se reduce (baja su úmero de oxidació) es el oxidate. El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el reductor. Así: El oxígeo se reduce oxidado al hidrógeo. Luego, el O es el agete oxidate. La especie formada por oxidació es BrO. El hidrógeo se oxida reduciedo al oxígeo. Luego, el 4 es el agete reductor. 0. La siguiete reacció redox tiee lugar e medio ácido: MO 4 l M l O Idica la veracidad o falsedad de las afirmacioes siguietes. Justifica tu respuesta: a) El l es el agete reductor. b) El magaeso experimeta ua oxidació. Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: MO 4 l M l O a) El cloro aumeta su úmero de oxidació de 1 e el cloruro, a 0 e el gas cloro. El cloro se oxida. Por tato, el cloro es el agete reductor. Verdadera. b) El magaeso dismiuye su úmero de oxidació de 7 e el permagaato, a e el catió magaeso(ii). El magaeso se reduce. Falsa. 1. Dada la reacció redox: Z K r O 7 NO a) Nombra todas las especies químicas. b) Señala el oxidate y el reductor. Z(NO ) r(no ) KNO O c) Escribe las semirreaccioes de oxidació y reducció. a) Las especies químicas que iterviee so: cic, dicromato de potasio, ácido ítrico, itrato de cic, itrato de cromo(iii), itrato de potasio y agua. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 41

243 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: Z K r O 7 NO Z(NO ) r(no ) KNO O El elemeto que se oxida (aumeta su úmero de oxidació) es el agete reductor. El elemeto que se reduce (dismiuye su úmero de oxidació) es el agete oxidate. El cic se oxida de cic metálico a catió cic. El cic metálico, Z, es el agete reductor. El cromo se reduce del dicromato al catió cromo (III). El dicromato de potasio, K r O 7, es el agete oxidate. c) Las semirreaccioes de oxidació y reducció so: Oxidació: Z Z Reducció: r O 7 r. El gas yodo, I, reaccioa co gas hidrógeo,, para producir yoduro de hidrógeo, I. a) Escribe las correspodietes semirreaccioes. b) Idetifica agete oxidate y agete reductor. c) uátos electroes se trasfiere para obteer u mol de yoduro de hidrógeo? otesta razoadamete. Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: I I a) Las semirreaccioes de oxidació y reducció so: Oxidació: Reducció: I I b) El hidrógeo se oxida de gas hidrógeo a catió hidrógeo. El gas hidrógeo,, el agete reductor. El yodo se reduce del gas yodo al aió yoduro. El gas yodo, I, es el agete oxidate. c) Escribe las semirreaccioes co los electroes trasferidos y suma ambas semirreaccioes para obteer la reacció global: Oxidació: e Reducció: I e I Observa que e cada semirreacció se itercambia mol de e para obteer mol de I e la reacció global: I I Por tato, para obteer 1 mol de I se trasferirá 1 mol de e.. E u proceso de oxidació-reducció que tiee lugar e medio ácido (disolució de ácido clorhídrico) el dicromato de potasio reaccioa co el dicloruro de hierro para obteer tricloruro de cromo y tricloruro de hierro. a) Idica los cambios e el úmero de oxidació de los elemetos que iterviee. b) Escribe ajustadas las semirreaccioes de oxidació y reducció e medio ácido. c) Idetifica el agete oxidate y el reductor, justificado brevemete la respuesta. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: Fel K r O 7 l Fel rl Kl O Observa que: El cromo pasa de úmero de oxidació 6 e el dicromato a úmero de oxidació e el catió cromo(iii). El hierro pasa de úmero oxidació + e el catió hierro(ii) a úmero de oxidació + e el catió hierro(iii). 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 4

244 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Oxidació: Fe Fe 1 e Reducció: r O e r 7 O c) El agete oxidate es la especie que cotiee el elemeto que se reduce. El agete reductor es la especie que cotiee el elemeto que se oxida. El cromo se reduce. Por eso el agete oxidate es el dicromato de potasio, K r O 7. El hierro se oxida. El agete reductor es el dicloruro de hierro, Fel. Ajuste de reaccioes redox 4. Ajusta las siguietes reaccioes ióicas. Idica para cada caso el agete oxidate y el reductor. a) O Br Br O b) MO 4 S M S 4 O a) Escribe la reacció co los úmeros de oxidació de cada elemeto: O Br Br O Observa cómo el oxígeo se reduce (de 1 a ) y el bromo se oxida(de 1 a 0). Por tato, el O es el agete oxidate y el Br es el agete reductor. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: Br Br e Semirreacció de reducció: O e O Suma ambas semirreaccioes y escribe la ecuació ióica ajustada: O Br b) Escribe la reacció co los úmeros de oxidació de cada elemeto: Br O MO 4 S M S 4 O Observa que el magaeso se reduce (de 7 a ) y el estaño se oxida (de a 4). Por tato, el MO 4 es el agete oxidate y el S es el agete reductor: Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: S S 4 e Semirreacció de reducció: MO e M 4 O Ajusta el úmero de electroes de cada semirreacció: Semirreacció de oxidació: (S S 4 e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) Suma ambas semirreaccioes y, después de simplificar los electroes, escribe la ecuació ióica ajustada: MO 4 5 S 16 M 5 S 4 8 O 5. Ajusta por el método del io-electró la reacció de la actividad. El gas yodo, I, reaccioa co gas hidrógeo, : I I Escribe las semirreaccioes y ajusta las cargas: Oxidació: e 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 4

245 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Reducció: I e I Suma ambas semirreaccioes para obteer la ecuació global ajustada: I I 6. Escribe y ajusta la reacció de la actividad teiedo e cueta que ocurre e medio ácido. E medio ácido (disolució de ácido clorhídrico) el dicromato de potasio reaccioa co el dicloruro de hierro para obteer tricloruro de cromo y tricloruro de hierro. Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada sustacia: Fel K r O 7 l Fel rl Escribe las semirreaccioes: Semirreacció de oxidació: Fe Fe Semirreacció de reducció: r O 7 r Ajusta las masas (excepto O y ): Semirreacció de oxidació: Fe Fe Semirreacció de reducció: r O 7 r Ajusta los oxígeos, si los hubiera, añadiedo agua: Semirreacció de oxidació: Fe Fe Semirreacció de reducció: r O 7 r 7 O Ajusta los hidrógeos, si los hubiera, añadiedo : Semirreacció de oxidació: Fe Fe Semirreacció de reducció: r O 7 14 r 7 O Ajusta las cargas añadiedo e : Semirreacció de oxidació: Fe Fe 1 e Semirreacció de reducció: r O e r 7 O Multiplica, si es ecesario, cada semirreacció co el coeficiete que permita que el úmero de electroes cedidos sea el mismo que el de aceptados: Semirreacció de oxidació: (Fe Fe 1 e ) 6 Semirreacció de reducció: r O e r 7 O Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 6 Fe r O Fe r 7 O Por último, escribe la ecuació e su forma molecular teiedo e cueta que el medio ácido aporta ioes cloruro, l, y hay ioes potasio, K, procedetes del dicromato de potasio: 6 Fe r O l K 6 Fe r 7 O 6 l K 6 Fel K r O 7 14 l 6 Fel rl 7 O Kl 7. El permagaato de potasio, e medio ácido, oxida al sulfuro de hidrógeo a azufre pasado el permagaato a io magaeso(ii). a) Ajusta la reacció ióica por el método del io-electró, idicado la especie que se oxida y la que se reduce. b) Supoiedo que el ácido empleado es el ácido sulfúrico, completa la reacció que tiee lugar. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie: K MO 4 S S M La especie que se oxida es el azufre, mietras que la especie que se reduce es el magaeso. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 44

246 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Escribe las semirreaccioes: Semirreacció de oxidació: S S Semirreacció de reducció: MO 4 M Ajusta los oxígeos, si los hubiera, añadiedo agua: Semirreacció de oxidació: S S Semirreacció de reducció: MO 4 M 4 O Ajusta los hidrógeos, si los hubiera, añadiedo : Semirreacció de oxidació: S S Semirreacció de reducció: MO 4 8 M 4 O Ajusta las cargas añadiedo e : Semirreacció de oxidació: S S e Semirreacció de reducció: MO e M 4 O Multiplica, si es ecesario, cada semirreacció co el coeficiete que permita que el úmero de electroes cedidos sea el mismo que el de aceptados: Semirreacció de oxidació: (S S e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 5 S MO S M 8 O b) Supoiedo que el medio ácido lo aporta el ácido sulfúrico que aporta ioes sulfato, SO 4, y los catioes potasio, K, que debe haber juto co el permagaato, la ecuació molecular será: 5 S MO 4 16 SO 4 K 5 S M 8 O SO 4 K 5 S KMO 4 SO 4 5 S MSO 4 8 O K SO 4 8. Escribe y ajusta las semirreaccioes ióicas y la relació global de la siguiete ecuació que tiee lugar e medio ácido co ácido sulfúrico. KI SO 4 KMO 4 I MSO 4 K SO 4 O Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie ioizada: K I SO 4 MO 4 I M SO 4 K O Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: MO 4 M Ajusta las masas: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: MO 4 M Ajusta los oxígeos, si los hubiera, añadiedo agua: Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: MO 4 M 4 O Ajusta los hidrógeos, si los hubiera, añadiedo : Semirreacció de oxidació: I I Semirreacció de reducció: MO 4 8 M 4 O Ajusta las cargas añadiedo e : Semirreacció de oxidació: I I e Semirreacció de reducció: MO e M 4 O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 45

247 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Multiplica, si es ecesario, cada semirreacció co el coeficiete que permita que el úmero de electroes cedidos sea el mismo que el de aceptados: Semirreacció de oxidació: ( I I e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 10 I MO I M 8 O omo el medio ácido se debe al ácido sulfúrico que aporta ioes sulfato, SO 4, y los catioes potasio, K, que debe haber juto co el permagaato, la ecuació molecular será: 10 I MO SO 4 1 K 5 I M 8 O 8 SO 4 1 K 10 KI KMO 4 8 SO 4 5 I MSO 4 8 O 6 K SO 4 9. Ajusta e forma molecular la siguiete reacció, que tiee lugar e medio ácido co ácido ítrico, por el método del io-electró. I (s) NO (aq) IO (aq) NO (g) O(l) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie ioizada: I NO IO NO O Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes: Semirreacció de oxidació: I IO Semirreacció de reducció: NO NO Ajusta las masas excepto O y : Semirreacció de oxidació: I IO Semirreacció de reducció: NO NO Ajusta los oxígeos, si los hubiera, añadiedo agua: Semirreacció de oxidació: I 6 O IO Semirreacció de reducció: NO NO O Ajusta los hidrógeos, si los hubiera, añadiedo : Semirreacció de oxidació: I 6 O IO 1 Semirreacció de reducció: NO NO O Ajusta las cargas añadiedo e : Semirreacció de oxidació: I 6 O IO 1 10 e Semirreacció de reducció: NO 1 e NO O Multiplica, si es ecesario, cada semirreacció co el coeficiete que permita que el úmero de electroes cedidos sea el mismo que el de aceptados: Semirreacció de oxidació: I 6 O IO 1 10 e Semirreacció de reducció: (NO 1 e NO O) 10 Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: I 6 O 10 NO 0 IO 1 10 NO 10 O Simplifica las moléculas de agua y los ioes hidrógeo que o se utiliza: I 10 NO 10 IO 10 NO 4 O I 10 NO IO 10 NO 4 O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 46

248 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Estequiometría de las reaccioes de oxidació-reducció 0. El us reaccioa co NO, e u proceso de oxidació-reducció e el que se obtiee S(s), NO, uno y O. a) Ajusta la reacció molecular global. b) alcula la masa de sulfuro de cobre(ii) que se cosume co 75 ml de ua disolució de ácido ítrico del 68 % de riqueza e masa y desidad 1,41 g cm. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: u S NO S NO u NO O Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: (S S e ) Semirreacció de reducció: (NO 4 e NO O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: S NO 8 S NO 4 O omo el medio ácido se debe al ácido ítrico que aporta ioes itrato, NO, y los catioes cobre(ii), u, que aporta la sal de sulfuro, la ecuació molecular será: u S 8 NO 8 S NO 4 O u 6 NO us 8 NO S NO 4 O u(no ) b) alcula la catidad de ácido ítrico coteida e los 75 ml de disolució aplicado factores de coversió: NO M(NO ) 1,008 14,01 16,00 6,0 gmol 1 cm de Dis. 75 ml de Dis. 1 ml de Dis. 1,41 g de Dis. 68 g de NO 1 cm de Dis. 100 g de Dis. 1 1mol de NO 6,0 g de NO 1,14mol de NO alla la masa de sulfuro de cobre obteida teiedo e cueta la estequiometría de la reacció: 1,14 mol de NO us M(uS) 6,55,06 95,61 gmol mol de us 8 mol de NO 1 95,61 g de us 1 mol de us 40,9 g de us ATIVIDADES FINALES (págia 90) 1. La siguiete reacció ocurre e disolució acuosa, e medio ácido: KI SO 4 KMO 4 I MSO 4 + KSO4 O Ajusta la ecuació por el método del io-electró y calcula el volume de disolució 0, M de KMO 4 ecesario para obteer 150 g de I. Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: K I SO 4 MO 4 I M SO 4 K O Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: ( I I e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 10 I MO I M 8 O omo el medio ácido se debe al ácido sulfúrico que aporta ioes sulfato, SO 4, y los catioes potasio, K, que debe haber juto co el permagaato y el yoduro, la ecuació molecular será: 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 47

249 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 I MO SO 4 1 K 5 I M 8 O 8 SO 4 1 K Reuiedo los ioes de cargas opuestas queda: 10 KI KMO 4 8 SO 4 5 I MSO 4 8 O 6 K SO 4 alcula ahora el volume de disolució 0, M de KMO 4 ecesario para obteer 150 g de I : V 1 mol de I 150 g de I 5,8 g de I KMO4 M(I ) 16,9 5,8 gmol 1 mol de KMO 4 1 L 5 mol de I 0, mol de KMO 4 1,18L 1180 ml. E disolució acuosa de ácido clorhídrico el permagaato de potasio reaccioa co peróxido de hidrógeo para producir ioes magaeso(ii) y oxígeo. a) Ajusta la reacció por el método del io-electró. b) alcula la catidad de permagaato de potasio ecesaria para obteer L de oxígeo medidos a 0 º y 1,5 atm. Dato: R 0,08 atm L mol 1 K 1. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: K MO 4 O l M l K O O Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: ( O O e ) 5 Semirreacció de reducció: (MO e M 4 O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 5 O MO O 10 M 8 O Simplifica los catioes. omo el medio ácido se debe al ácido clorhídrico que aporta ioes cloruro, l, y los catioes potasio, K, que debe haber juto co el permagaato, la ecuació molecular será: 5 O MO l K 5 O M 8 O 6 l K Reuiedo los ioes de cargas opuestas queda: 5 O KMO 4 6 l 5 O Ml 8 O Kl b) Para determiar la catidad de oxígeo coteida e L a 0 º y 1,5 atm utiliza la ecuació de estado de los gases ideales: T (0 7) 7K pv 1,5 atm L pv O RT O RT atm L 0,08 mol K 7 K 0,14 mol de O A cotiuació calcula la catidad de KMO 4, partiedo de la catidad de O. Te e cueta la estequiometría de la reacció utilizádola como factores de coversió: mol de KMO 0,14 mol de O 5mol de O KMO4 4 5,6 10 mol de KMO 4. El estaño metálico se oxida frete al ácido ítrico e disolució y forma óxido de estaño(iv), dióxido de itrógeo y agua. a) Ajusta la reacció por el método del io-electró. b) alcula el volume ecesario de ua disolució de ácido ítrico del 16 % e masa y desidad 1,09 g ml -1 que oxida exactamete,00 g de estaño metálico. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 48

250 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO S NO SO NO O El dióxido de estaño (metal co o metal) podría pesarse que tiee u elace ióico pero la diferecia de electroegatividad o pasa de 1,7. La electroegatividad de los elemetos: EN(O),44; EN(S) 1,96. La diferecia de electroegatividad es: EN,44 1, 96 1,48 1,7. Así que se cosidera que hay elace covalete (co u fuerte carácter dipolar) etre los átomos de este compuesto. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: S O SO 4 4 e Semirreacció de reducció: (NO e NO O ) 4 Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: S 4 NO 8 O SO 4 4 NO 4 O Simplifica las moléculas de agua y los catioes que sea posible, la ecuació molecular será: S 4 NO SO 4 NO 4 O b) Emplea como factores de coversió las masas molares y los coeficietes estequiométricos para calcular la masa de ácido ítrico que oxida exactamete,00 g de estaño metálico: M(S) 118,7 g mol 1 M(NO ) 1,008 14,01 16,00 6,018 g mol 1 m NO 1 mol de S,00 g de S 118,7 g de S 4 mol de NO 1 mol de S 6,018 g de NO 1 mol de NO 4,47 g de NO alcula el volume ecesario de ua disolució de ácido ítrico del 16 % e masa y desidad 1,09 g ml 1 que cotiee esa masa aplicado factores de coversió: V 4,47 g de NO NO 100 g de Dis. de NO 16 g de NO 1mL de Dis. de NO 1,09 g de Dis. de NO 4,5mL de Dis. de NO 4. El yodo, I, reaccioa e medio básico, NaO, co el sulfito de sodio, Na SO, para producir yoduro de sodio, NaI, y sulfato de sodio, Na SO 4. a) Ajusta la reacció por el método del io-electró. b) Si reaccioa 4,00 g de yodo co,00 g de sulfito de sodio, qué volume de hidróxido de sodio M se ecesita? a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: I Na SO O Na I SO 4 La reacció ocurre e medio básico. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: SO O SO 4 O e Semirreacció de reducció: I e I Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: I SO O I SO 4 O Añade los catioes Na que sea ecesario, la ecuació ióica queda: I SO O 4 Na I SO 4 4 Na O Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: I Na SO NaO NaI Na SO 4 O b) Para determiar el volume de NaO M que se ecesita debes saber primero cuál de los dos reactivos es el limitate. alla la masa de Na SO ecesaria para reaccioar co 4,00 g de I : M(I ) 16,9 5,8 g mol 1 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 49

251 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO M(Na SO ),99,06 16,00 86,04 g mol 1 m 1 mol de I 4,00 g de I 5,8 g de I NaSO 1 mol de NaSO 1 mol de I 86,04 g de Na SO 1 mol de Na SO 1,56 g de NaSO omo hay exceso de Na SO, la masa dispoible es,00 g de Na SO, el reactivo limitate es el I. alcula el volume de hidróxido de sodio M que se ecesita para reaccioar co 4,00 g de I : M(NaO),99 16,00 1,008 9,998 g mol 1 V 1 mol de I 4,00 g de I 5,8 g de I NaO mol de NaO 1 mol de I 1L de NaO mol de NaO 0,016L 16 ml 5. El bromuro de sodio se oxida al sumergirlo e ua disolució de ácido ítrico para producir dibromo, dióxido de itrógeo, agua y itrato de sodio. a) Platea las semirreaccioes de oxidació y reducció. b) Ajusta la ecuació molecular por el método del io-electró. c) alcula el volume de disolució de ácido ítrico M que debe reaccioar co bromuro de sodio, e exceso, para obteer 40 g de dibromo. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: Escribe las semirreaccioes: Na Br NO Br NO Na NO O Semirreacció de oxidació: Br Br Semirreacció de reducció: NO NO b) Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: Br Br e Semirreacció de reducció: (NO e NO O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: Br NO 4 Br NO O Añade los catioes Na y los aioes NO que sea ecesarios, la ecuació ióica será: Br Na NO NO 4 Br NO O Na NO Reúe los ioes para teer las especies químicas que idica el euciado del problema: NaBr 4 NO Br NO O NaNO c) omo el bromuro de sodio está e exceso, el reactivo limitate será el ácido ítrico. Aplicamos factores de coversió para calcular el volume de disolució NO M que debe reaccioar co NaBr, e exceso, para obteer 40 g de Br : M(Br ) 79,90 159,8 g mol 1 M(NO ) 1,008 14,01 16,00 6,018 g mol 1 V 1 mol de Br 40 g de Br 159,8 g de Br NO 5mol de NO 1 mol de Br 1L de NO mol de NO 0,500L 500 ml 6. Idetifica los agetes oxidate y reductor e la siguiete reacció y ajústala por el método del io-electró. KI SO 4 MO MSO 4 KIO O alcula la masa de oxidate que se ecesita para obteer 50 g de yodato de potasio, KIO. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 50

252 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes, si es posible: K I SO 4 MO M SO 4 K IO O omo el magaeso se reduce, el MO es el agete oxidate, y como el yodo se oxida, el KI es el agete reductor. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: I O IO 6 6 e Semirreacció de reducció: (MO 4 e M O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: I MO 1 O M IO 6 6 O Simplifica las moléculas de agua y los catioes que sea posible, añade los sulfatos y catioes potasio ecesarios. La ecuació ióica queda: I MO 6 K SO 4 M IO O K SO 4 Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: KI SO 4 MO MSO 4 KIO O alcula la masa de oxidate, MO, que se ecesita para obteer 50 g de KIO : M(KIO ) 9,10 16,9 16,00 14,0 g mol 1 M(MO ) 54,94 16,00 86,95 g mol 1 m 1 mol de KIO 50 g de KIO 14,0 g de KIO mol de MO 1 mol de KIO MO 86,94 g de MO 1 mol de MO 60,9 g de MO 7. Ua muestra que cotiee sulfuro de calcio, as, se trata co ácido ítrico cocetrado hasta cosumirse segú idica la ecuació química, si ajustar: as NO NO SO a(no ) O Sabiedo que al tratar 7 g de la muestra co exceso de ácido ítrico se obtiee 4,06 L de NO, medidos a 0 º y 780 mm de g, calcula la riqueza e peso de as de la muestra. Dato: R 0,08 atm L mol 1 K 1. Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie ioizada: a S NO NO SO a NO O Se trata de ua reacció e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: S O SO 4 6 e Semirreacció de reducció: (NO 4 e NO O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: S NO 8 O SO NO 4 4 O Simplifica las moléculas de agua y los catioes que sea posible, añade los ioes itrato y catioes calcio ecesarios. La ecuació ióica queda: S NO 4 a NO SO NO O a NO Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: as 4 NO SO NO a(no ) O A cotiuació calcula la catidad de NO que equivale a los 0, L formados. Usa para ello la ecuació de estado de los gases ideales. Primero covierte las uidades dadas a uidades homogéeas co la costate R: 1 atm T (0 7) 0K ; p 780 mm de g 760 mm de g 1,06atm 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 51

253 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO pv pv RT NO RT 1,06 atm 4,06 L atm L 0,08 mol K 0 K 0,1677 mol de NO Aplicado factores de coversió co la masa molar y a partir de la estequiometría de la reacció, calcula la masa de as ecesaria para producir esa catidad de NO: M(aS) 40,08,06 7,14 g mol 1 m as 1 mol de as 0,1677 mol de NO mol de NO omo se ha utilizado 7 g de as, la riqueza de la muestra será: 7,14 g de as 1 mol de as 6,045 g de as mpura Riqueza 100 m impura 6,045 g 7g ,4% ATIVIDADES FINALES (págia 91) 8. El dicromato de potasio reaccioa, e medio ácido, co estaño segú la siguiete reacció: S l K r O 7 Sl 4 rl Kl O a) Ajusta la ecuació por el método del io-electró. b) Determia la masa de rl y Sl 4 obteida a partir de 15 g de S puro y 45 g de K r O 7. c) Determia la riqueza de ua aleació de estaño si 1 g de la misma ecesita 5 ml de K r O 7 0,1 M para reaccioar completamete. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: S l K r O 7 S 4 l r K O La reacció ocurre e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: (S S 4 4 e ) Semirreacció de reducció: (r O e r 7 O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: S r O 7 8 S 4 4 r 14 O Añade los catioes K y los aioes l que sea ecesario, la ecuació ióica queda: S r O l K S 4 4 r 14 O 8 l K Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: S K r O 7 8 l Sl 4 4 rl 4 Kl 14 O b) Para determiar la masa de rl y Sl 4 producida a partir de 15 g de S puro y 45 g de K r O 7 debes saber primero cuál de las dos últimas sustacias es el reactivo limitate. alla la masa de K r O 7 ecesaria para reaccioar co 15 g de S puro: M(S) 118,7 g mol 1 M(K r O 7) 9,10 5,00 16, , g mol 1 m Kr O7 1 mol de S 15 g de S 118,7 g de S mol de Kr O7 mol de S 94, g de K r O 1 mol de K r O 7 7 4,785 g de Kr O 7 omo hay exceso de K r O 7, la masa dispoible es 45 g de K r O 7, el reactivo limitate es el S. Determia la masa de rl obteida a partir de 15 g de S puro. Emplea la masa molar y los coeficietes estequiométricos como factores de coversió: 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 5

254 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO M(rl ) 5,00 5,45 158,5 g mol 1 m rl 1 mol de S 15 g de S 118,7 g de S 4 mol de rl mol de S 158,5g de rl 1 mol de rl 6,7 g de rl Determia la masa de Sl 4 obteida a partir de 15 g de S puro. Emplea la masa molar y los coeficietes estequiométricos como factores de coversió: M(Sl 4) 118,7 5, ,5 g mol 1 m Sl4 1 mol de S 15 g de S 118,7 g de S mol de Sl4 mol de S 60,5g de Sl 1 mol de Sl 4 4,9 g de Sl 4 c) A partir de los 5 ml de K r O 7 0,1 M gastados e la valoració, calcula la masa de estaño presete e la aleació, teiedo e cueta la estequiometría de la reacció: m 5 ml de K r O S 7 alcula la riqueza de la muestra: 0,1 mol de Kr O ml de K r O mol de S mol de K r O ,71 g de S 1 mol de S 0,445 g de S Riqueza 0,445 g de S ,5% 1g de aleació Valoracioes redox 9. Ua reacció para la valoració de exceso de dicromato de potasio presete e ua disolució es la siguiete: K r O 7 SO 4 FeSO 4 K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) O a) Ajusta la ecuació aterior aplicado el método del io-electró. U volume de 5 ml de disolució de dicromato de potasio reaccioa co 10 ml de ua disolució de sulfato de hierro(ii) de cocetració 5 g L 1. b) alcula la cocetració molar de la disolució de dicromato de potasio. a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: K r O 7 Fe SO 4 K Fe r SO 4 O La reacció ocurre e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: (Fe Fe 1 e ) 6 Semirreacció de reducció: r O e r 7 O Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 6 Fe r O Fe r 7 O Añade los catioes K y los aioes SO 4 que sea ecesario, la ecuació ióica queda: 6 Fe r O SO 4 K 6 Fe r 7 O 1 SO 4 K Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: K r O 7 7 SO 4 6 FeSO 4 K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) 7 O b) alcula la catidad de dicromato de potasio que reaccioa co los 10 ml de disolució de sulfato de hierro(ii) de cocetració 5 g L 1 : M(FeSO 4) 55,85,06 16, ,9 g mol 1 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 5

255 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 ml de Dis. de FeSO KrO g de FeSO ml de Dis. de FeSO 4 1 mol de FeSO 4 151,9 g de FeSO 1mol de KrO 7 6 mol de FeSO ,48610 mol de KrO 7 alcula la cocetració molar de la disolució de dicromato de potasio: 5 K ro 5, mol 7 M 0,011 M V (disolució) 0,005 L ml de ua disolució 0,15 M de dicromato de potasio reaccioa exactamete co u volume V de disolució 0,9 M de FeSO 4, de acuerdo co la misma reacció del ejercicio aterior. a) Determia el valor del volume V. b) Masa de hierro coteida e ese volume. a) Escribe la ecuació química ajustada de la reacció del ejercicio aterior: K r O 7 7 SO 4 6 FeSO 4 K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) 7 O alcula el volume de disolució de sulfato de hierro(ii) 0,9 M que se ecesita para reaccioar co los 18 ml de disolució de dicromato de potasio 0,9 M: V 18 ml de Dis. de KrO FeSO4 7 0,15 mol de KrO ml de Dis. de KrO V FeSO ml 6 mol de FeSO 4 1 mol de KrO 1L 7 0,9 mol de FeSO4 0,018 L b) alla la masa de hierro coteida e el volume calculado e el apartado aterior: m Fe 18 ml de Dis. de FeSO4 0,9 mol d e FeSO ml de Dis. de FeSO 1 mol de Fe 4 1 mol de FeSO 55,85 g de Fe 1 mol de Fe 4 0,9 g 41. Para determiar la cocetració de ua disolució de sulfato de hierro(ii) se valora 75 ml de la misma co ua disolució de permagaato de potasio de cocetració coocida, 1 M, e medio ácido (ácido sulfúrico). E el proceso el hierro se oxida a su catió trivalete y el magaeso se reduce a su catió divalete. a) Escribe y ajusta la reacció que se produce. b) Sabiedo que se ha cosumido ml de la disolució de permagaato de potasio, determia la cocetració del sulfato de hierro(ii). a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: Fe SO 4 K MO 4 Fe M La reacció ocurre e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: (Fe Fe 1 e ) 5 Semirreacció de reducció: MO e M 4 O Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: 5 Fe MO Fe M 4 O Multiplica todos los coeficietes por y añade los catioes K y los aioes SO 4 que sea ecesario, la ecuació ióica queda: 10 Fe MO SO 4 K 10 Fe M 8 O 18 SO 4 K Por último, escribe la ecuació e su forma molecular: 10 FeSO 4 KMO 4 8 SO 4 5 Fe (SO 4) MSO 4 K SO 4 8 O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 54

256 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) alcula la catidad de FeSO 4 coteidos e ml de disolució 1 M teiedo e cueta la estequiometría de la reacció: ml de Dis. de KMO FeSO4 4 alcula la cocetració de la disolució de sulfato de hierro(ii): 1 mol de KMO ml de Dis. de KMO 10mol de FeSO4 mol de KMO 0,165mol de FeSO 4 FeSO 0,165mol 4 M, M V (disolució) 0,075 L 4 4 Pilas voltaicas 4. Idica, justificado brevemete la respuesta, si so ciertas o falsas las siguietes afirmacioes: a) o u electrodo de Z /Z y otro de d /d o se puede costruir ua pila, ya que ambos tiee poteciales de reducció estádar egativos y hace falta que uo sea positivo. b) Si e ua disolució que cotiee ioes u se itroduce ua lámia de cic, sobre ella se depositará cobre metálico. c) Si a ua disolució que cotiee ioes d se le añade ioes u, se depositará cobre metálico. Datos: E 0 (Z Z) 0,76 V; E 0 (d d) 0,40 V; E 0 (u u) 0,4 V. a) omo los poteciales tiee distito valor, auque ambos sea egativos, puede costruirse ua pila. El electrodo de potecial estádar de reducció más egativo será el áodo (e este caso el par Z Z), el electrodo de potecial estádar de reducció meos egativo será el cátodo (e este caso el par d d). El flujo de electroes irá del áodo al cátodo. La afirmació es falsa. b) omo el potecial estádar del cic es egativo y el del cobre positivo, cuado se itroduce ua barra de cic e ua disolució que cotiee ioes u, se produce ua reacció redox, pasado ioes Z de la barra de cic a la disolució, y depositádose cobre metálico sobre la barra de cic. Las semirreaccioes que tiee lugar so las siguietes: Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): u e u La afirmació es verdadera. c) La forma oxidada del par de meor potecial uca puede reducir a la forma oxidada del par de mayor potecial. Por tato, o tiee lugar ua reacció redox. E este caso, las dos especies tiee tedecia a captar electroes y o hay igua otra especie que pueda cederlos. La afirmació es falsa. 4. E u laboratorio se ha realizado los siguietes experimetos: E el primer experimeto los reactivos so hilo de plata y ácido clorhídrico. Se observa que o hay reacció. E el segudo experimeto los reactivos so lámia de alumiio y ácido clorhídrico. Se observa que se desprede u gas. a) Justifica, utilizado los poteciales estádar de reducció, por qué o se observa reacció e el primer experimeto. b) Utilizado el método del io-electró, escribe la ecuació ióica ajustada de la reacció que ha teido lugar e el segudo experimeto, idicado qué especie se oxida y cuál se reduce. c) Dibuja u esquema de la pila que podría costruirse utilizado la reacció del segudo experimeto señalado el áodo, el cátodo y el setido del movimieto de los ioes del puete salio. Datos: E 0 (Ag Ag) 0,80 V; E 0 (Al Al) 1,66 V. a) E el primer experimeto teemos plata metálica e ioes. Por tato, debería producirse la oxidació de la plata y la reducció del hidrógeo segú las semirreaccioes siguietes: Oxidació (áodo): Ag Ag e 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 55

257 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Reducció (cátodo): e Para que esto suceda el potecial de reducció del hidrógeo debería ser mayor que el de la plata. Así, el potecial de la hipotética pila formada sería positivo, y la reacció espotáea. Vemos que el potecial del hidrógeo es meor que el de la plata; luego la reacció o es espotáea y o será posible: b) Las semirreaccioes so: Oxidació (áodo): Al Al e Reducció (cátodo): e E 0 ( ) 0,00 V E 0 (Ag Al) 0,80 V Multiplica la primera semirreacció por dos, la seguda por tres para equilibrar el itercambio de electroes y suma ambas semirreaccioes. Así cosigues la ecuació ióica ajustada: Al 6 Al Observa que se oxida el alumiio y se reduce los catioes hidrógeo. Añade los ioes cloruro ecesarios que aporta el ácido clorhídrico. La reacció global que tiee lugar será: Al 6 l All c) El esquema de la pila que podría costruirse utilizado la reacció del segudo experimeto es el siguiete: e e Áodo Voltímetro átodo Al Kl (g) Al l K Al(s)Al + (aq) + (aq) (g) 44. El cobre reaccioa co ácido ítrico cocetrado para dar itrato de cobre(ii) y dióxido de itrógeo. a) Escribe la ecuació ióica ajustada. b) alcula la riqueza e peso de ua muestra de cobre si al tratar 10 g de la muestra co exceso de ácido ítrico se desprede L de NO medidos a 5 º y 1 atm. c) Teiedo e cueta la reacció aterior, idica cuál es mayor, E 0 (u u) o E 0 (NO NO ). a) Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: u NO u NO NO La reacció ocurre e medio ácido. Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: Semirreacció de oxidació: u u e Semirreacció de reducció: (NO 1 e NO O) Suma las dos semirreaccioes para obteer la ecuació ióica: u NO 4 u NO O 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 56

258 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) alcula la catidad de NO coteida e L, a 5 º y 1 atm. Utiliza la ecuació de estado de los gases ideales: pv pv RT NO RT 0,08 1 atm L atm L mol K (5 7) K 0,1 mol de NO A cotiuació calcula la masa de cobre que reaccioa. Iicia el cálculo co la catidad de NO obteida. Te e cueta la estequiometría de la reacció y la masa molar del cobre: M(u) 6,55 g mol 1 mu 0,1mol de NO 1 mol de u mol de NO 6,55 g de u 1 mol de u,9 g de u Por último, determia la riqueza e cobre de la muestra: mpura Riqueza 100 m impura,90 g de u puro g de muestra 9% c) Para que la reacció sea espotáea es ecesario que el potecial estádar de reducció del cátodo sea mayor que el del áodo, E 0 cátodo E 0 áodo, y así el potecial estádar de la pila sea mayor que cero, E 0 pila E 0 cátodo E 0 áodo 0. La semirreacció de reducció (NO 1 e NO O) ocurre e el cátodo. Por eso E 0 cátodo E 0 (NO NO ). La de oxidació (u u e ) ocurre e el áodo. Por eso E 0 áodo E 0 (u u). Por eso: E 0 cátodo E 0 (NO NO ) E 0 (u u) E 0 áodo ATIVIDADES FINALES (págia 9) 45. Se costruye ua pila galváica usado los elemetos (Ni Ni) y (Z Z). a) Realiza u esquema de la misma, señalado cuál es el cátodo y cuál es el áodo. b) Escribe las reaccioes que tiee lugar e cada uo de los electrodos y la reacció global. c) alcula la fem estádar de la pila. Datos: E 0 (Ni Ni) 0,5 V; E 0 (Z Z) 0,76 V. a) Represeta u esquema de la pila: e e Áodo Voltímetro Kl átodo Z u Z l K u b) Las semirreaccioes que tiee lugar e cada uo de los electrodos so las siguietes: Oxidació (áodo): Z Z e Reducció (cátodo): Ni e Ni Suma ambas semirreaccioes para obteer la reacció global: Z Ni Z Ni c) alcula la fuerza electromotriz de la pila aplicado la siguiete expresió: E 0 pila E 0 cátodo E 0 áodo 0,5 V (0,76 V) 0,51 V 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 57

259 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 46. Qué material de laboratorio ecesitas para realizar la determiació de la cocetració de O e ua disolució? Explica qué pasos seguirías usado ua disolució de KMO 4. Para llevar a cabo la valoració e el laboratorio ecesitas la siguiete relació de material: Bureta co soporte. Erlemeyer. Pipeta aforada. Probeta. Bata, gafas de seguridad y guates. Las valoracioes redox so muy similares a las valoracioes ácido-base. Sobre u volume coocido de la disolució problema, e este caso de O, se vierte u volume cotrolado de la disolució valorate, e este caso de KMO 4, de cocetració coocida. La primera catidad de disolució problema aporta ioes permagaato, de color rosa, que se reduce a catió magaeso(ii), icoloro. 5 O MO O M 8 O rosa icoloro uado el permagaato quede e exceso por haber cosumido el O, o se reducirá y por tato o cambiará su color. 1. Preparar la disolució valorate de KMO 4 co la cocetració que iterese.. Llevar la disolució valorate a la bureta.. Llevar a u Erlemeyer u volume coocido de la disolució de O. 4. Verter la disolució valorate sobre la disolució problema hasta que cambie de color de icoloro a rosa. 5. acer los cálculos para ecotrar la cocetració pedida. 47. Utiliza los valores de los poteciales de reducció estádar: E 0 (u u) 0,4 V; E 0 (Fe Fe) 0,44 V y E 0 (d d) 0,40 V para justificar cuál o cuáles de las siguietes reaccioes se producirá de forma espotáea: a) Fe u Fe u b) u d u d c) Fe d Fe d Para que ua reacció redox sea espotáea, se tiee que cumplir que la especie reducida del par de potecial de reducció estádar más egativo reduzca, oxidádose ella, a la especie oxidada del par de potecial estádar meos egativo. Por tato: a) omo el potecial de reducció estádar del par Fe Fe es meor que el del par u u, debe ser el Fe el que reduzca al u, oxidádose él. Es decir, la reacció espotáea es la iversa. No es espotáea. b) omo el potecial de reducció estádar del par d d es meor que el del par u u, debe ser el d el que reduzca al u, oxidádose él. Es espotáea. c) omo el potecial de reducció estádar del par Fe Fe es meor que el del par d d, debe ser el Fe el que reduzca al d, oxidádose él. Es decir, la reacció espotáea es la iversa. No es espotáea. 48. Ajusta la siguiete ecuació y, a partir de los datos de los poteciales estádar de reducció, justifica e qué setido la reacció es espotáea: Datos: E 0 (Fe Fe ) 0,77 V; E 0 (r O 7 r ) 1, V. K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) O K r O 7 SO 4 FeSO 4 Evalúa el úmero de oxidació de cada elemeto e cada especie, disociada e sus ioes si es posible: K SO 4 Fe r O K r O 7 SO 4 Fe Escribe las semirreaccioes y ajusta los oxígeos, los hidrógeos y las cargas: 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 58

260 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Semirreacció de oxidació: r 7 O r O e Semirreacció de reducció: (Fe Fe 1 e ) 6 Suma las dos semirreaccioes y obtiees la ecuació ióica: r 7 O 6 Fe r O Fe Añade los ioes sulfato y potasio ecesarios y escribe la ecuació e su forma molecular: K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) 7 O K r O 7 7 SO 4 6 FeSO 4 Teiedo e cueta los poteciales de reducció, observa que el del par Fe Fe es meor que el del par r O 7 r. Por tato, el Fe debe reducir al r O 7, oxidádose él. Es decir, la reacció se producirá espotáeamete e el setido iverso al dado e el euciado: K r O 7 7 SO 4 6 FeSO 4 K SO 4 Fe (SO 4) r (SO 4) 7 O 49. Respode justificado la respuesta: a) Es posible coservar ua disolució de itrato de cobre(ii) e u recipiete de alumiio? Y e otro recipiete de plata? b) Y ua disolució de cloruro de hierro(ii) e u recipiete de cic metálico? Y si el recipiete es de cobre metálico? Datos: E 0 (u u) 0,4 V; E 0 (Ag Ag) 0,80 V; E 0 (Al Al) 1,67 V; E 0 (Fe Fe) 0,44 V; E 0 (Z Z) 0,74 V. a) Si se deposita ua disolució de itrato de cobre(ii) e u recipiete de alumiio, se producirá las siguietes semirreaccioes: Semirreacció de oxidació: Al Al e Semirreacció de reducció: u e u Esto es porque: E 0 (u u) 0,4 V E 0 (Al Al) 1,67 V Estas semirreaccioes so espotáeas y el itrato de cobre(ii) o será estable, depositádose cobre metálico. Por tato, o se puede emplear u recipiete de alumiio para coteer ua disolució de itrato de cobre(ii). E el caso de u recipiete de plata: E 0 (u u) 0,4 V E 0 (Ag Ag) 0,80 V No se producirá la reducció del u y o se depositará cobre metálico. Por tato, sí se puede emplear u recipiete de plata. b) El razoamieto es aálogo al del apartado aterior. Si se deposita cloruro de hierro(ii) e u recipiete de cic metálico, se producirá las siguietes reaccioes: Semirreacció de oxidació: Z Z e Semirreacció de reducció: Fe e Fe Esto es porque: E 0 (Fe Fe) 0,44 V E 0 (Z Z) 0,74 V Estas semireaccioes so espotáeas y el cloruro de hierro(ii) o será estable, depositádose hierro metálico. Por tato, o se puede emplear u recipiete de cic para coteer ua disolució de itrato de cobre(ii). E el caso de u recipiete de cobre metálico: E 0 (Fe Fe) 0,44 V E 0 (u u) 0,4 V No se producirá la reducció del Fe + y o se depositará hierro metálico. Por tato, sí se puede emplear u recipiete de cobre. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 59

261 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Electrolisis 50. Se hace circular durate 7 horas y 0 mi ua corriete de 1,5 A a través de ua celda electrolítica que cotiee ácido sulfúrico diluido, obteiédose oxígeo e hidrógeo. a) Qué reaccioes tiee lugar e cada semicelda? b) Qué volume de cada gas se geerará?, medidos a 0 º y 1 atm de presió. Datos: F mol 1 ; R 0,08 atm L K 1 mol 1. a) Por los productos se deduce que se trata de la electrolisis del agua. E el áodo se produce la semirreacció de oxidació y e el cátodo la de reducció: Oxidació (áodo): O O 4 4 e Reducció (cátodo): e b) Aplicado la seguda ley de Faraday, calcula la masa de oxígeo geerada e el áodo: M(O ) 16,00,00 g mol 1 m O M I t zf g,00 mol 1,5 A7000 s mol,798 g alla la catidad de oxígeo que correspode co esta masa: O mo,798 g 0,08745mol M(O ),00 g 1 mol Fialmete, determia el volume de oxígeo co la ecuació de estado de los gases ideales. Te e cueta, como siempre, las codicioes de presió y temperatura del euciado: O RT pv RT VO p atm L 0,08745 mol 0,08 mol K 1 atm 7 K 1,957 L,0 L Procede de la misma maera para calcular la masa de hidrógeo depositada e el cátodo: M( ) 1,008,016 g mol 1 m M I t zf g,016 mol 1,5 A7000 s mol 0,55 g alla la catidad de hidrógeo que equivale a esta masa: m 0,55 g 0,17485mol M( ),016 g 1 mol Fialmete, determia el volume de hidrógeo co la ecuació de estado de los gases ideales: RT pv RT V p atm L 0,17485 mol 0,08 mol K 1 atm 7 K,914 L,9 L 51. oseguimos cobre metálico realizado la electrolisis de ua disolució de sulfato de cobre(ii). Al hacer pasar ua corriete de 5 A durate 1 hora se deposita 5,9 g de cobre metálico. Determia la masa atómica del cobre. Dato: F mol 1. La semirreacció que tiee lugar es: u e u. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 60

262 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Segú la seguda ley de Faraday: M M m Q It zf zf Despeja la masa molar de la expresió aterior, sustituye y opera: 5,9 g96500 mzf M(u) mol 6,6g mol 1 It 5 A600 s 5. Ua corriete eléctrica de 5 A circula durate 15 mi atravesado ua disolució de ua sal de cic. E este tiempo se deposita 1,54 g de cic e el cátodo. a) alcula la masa atómica del cic. b) alcula la masa de cic que se deposita al pasar ua corriete de 10 A durate 1 hora. Dato: F mol 1. a) La semirreació que tiee lugar es: Z e Z. Segú la seguda ley de Faraday: M M m Q It zf z F Despeja la masa molar de la expresió aterior, sustituye y opera: 1,54 g96500 mzf M(Z) mol 65,6g mol 1 It 5 A900 s b) Aplica de uevo la seguda ley de Faraday, calcula la masa de cic que se deposita al pasar ua corriete de 10 A durate 1 hora. Sustituye y opera: m Z M I t zf g 65,6 mol s mol 600 s 1,19 g 5. Ua primera cuba electrolítica cotiee ua disolució de sulfato de íquel(ii). oectada e serie a la primera hay ua seguda cuba co itrato de plata disuelto. Se hace pasar ua corriete cotiua. Se deposita 0,5 g de plata. Determia: a) La masa de íquel depositada e la primera cuba. b) La catidad de electroes itercambiados (e mol). c) El tiempo ecesario si por la pila circula,5 A. Dato: F mol 1. a) omo ambas cubas está coectadas e serie, circulará por ambas la misma itesidad de corriete. Y durate el mismo tiempo, la misma catidad de carga, Q. Las dos semirreaccioes so de reducció: Ni e Ag 1 e Aplica la seguda ley de Faraday. Ua vez para la plata y otra para el íquel, cosigues dos expresioes: m Ag M(Ag) Q 1F Ni Ag m Ni M(Ni) Q F mag F mni F Despejado la carga de ambas expresioes: Q. M (Ag) M (Ni) 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 61

263 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Despeja la masa de íquel depositada: omo se deposita 0,5 g de plata: mag F mni F mag M(Ni) mni M(Ag) M(Ni) M(Ag) m(ni) g 0,5g58,69 mol g 107,9 mol 0,16g b) alcula la catidad de electroes a partir de la masa: 0,5 g de Ag 1 mol de Ag 107,9 g de Ag 1mol de electroes 1 mol de Ag 4,6 10 mol de electroes c) alla la carga Q: mag Q M F (Ag) 0,5 g mol 447, g 107,9 mol alla el tiempo ecesario si por la pila circula,5 A: Q 447, Q It t 179 s I,5 A QUÍMIA EN TU VIDA (págia 94) ómo fucioa ua metroliera? omo hemos leído e el texto y podemos ver e la figura, ua metroliera es ua istalació que aprovecha la eergía ciética que se produce cuado u tre reduce su velocidad y la trasforma e eergía eléctrica. Para ello ecesita acumuladores que almacee la eergía producida durate el freado de los trees e forma de eergía química. Esta eergía química se utiliza después para recargar las baterías de los vehículos eléctricos. Qué otras aplicacioes se te ocurre para las metrolieras además de la recarga de los vehículos eléctricos? Además de la recarga de vehículos eléctricos, metrolieras podría teer las siguietes aplicacioes: Autocosumo de los aparatos electróicos del propio tre (apertura de puertas, ilumiació, climatizació, etc.). Recarga de dispositivos móviles (teléfoos, tabletas, ordeadores portátiles, etc.). Alimetació del sistema de ilumiació de los edificios del metro. Recarga de bicicletas eléctricas del sistema público de la ciudad, si cueta co este servicio. Ivestiga de qué materiales se costruye los electrodos que forma parte del sistema de almaceamieto de las metrolieras. Los electrodos que forma parte de los acumuladores de ua metroliera se podría fabricar de materiales tradicioales como plomo-ácido o íquel-hierro, o de io litio, como la mayoría de las actuales. Pero la tedecia hoy e día es utilizar uevos materiales que está revolucioado el mercado, como el grafeo y los polímeros. El grafeo sería u gra cadidato para este fi, y ya se está estudiado su aplicació e baterías que se caracterizaría por ser ligeras, compactas y co ua larga vida útil. 8 Reaccioes de trasferecia de electroes 6

264 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 9 Química orgáica 9 Química orgáica 6

265 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 9 Química orgáica 64

266 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química orgáica 9 PARA OMENZAR (págia 95) Debate co tus compañeros sobre la capacidad del ser humao para reproducir los compuestos químicos que produce la aturaleza. E la actualidad, la mayor parte de los compuestos orgáicos se produce de forma artificial mediate sítesis química, auque tambié existe compuestos aturales que se extrae directamete de la aturaleza. El ser humao ha itetado reproducir los procesos aturales e el laboratorio, bajo codicioes cotroladas, para sitetizar uevas sustacias que mejore uestra calidad de vida. De esta forma, partiedo de la observació de la aturaleza, se ha coseguido sitetizar multitud de uevos compuestos, alguos de ellos co propiedades similares a otros compuestos aturales, y otros co propiedades bie distitas. Pero lo más importate, todos estos compuestos cueta co diversas aplicacioes e uestra sociedad. Ivestiga sobre Wöhler y la sítesis de la urea. Qué codicioes se diero para el éxito de sus ivestigacioes? Friedrich Wöhler ( ) fue u químico alemá, famoso por lograr sitetizar la urea. Wöhler estaba itetado sitetizar ciaato de amoio (compuesto iorgáico), a partir de cloruro de amoio y ciaato de plata y otros dos compuestos iorgáicos. Si embargo, Wöhler comprobó que lo que había sitetizado o era el esperado ciaato de amoio, sio urea, uo de los pricipales compoetes de la oria humaa (u compuesto orgáico). Esto sucedió porque tato el ciaato de amoio como la urea tiee los mismos elemetos químicos e igual proporció, pero orgaizados de distita forma. Es decir, ambos compuestos so isómeros. o este descubrimieto, Wöhler demostró que u producto de los procesos vitales se podía producir e el laboratorio a partir de materia iorgáica, lo que cotradecía al pesamieto cietífico de la época. PRATIA (págia 96) 1. opia e tu cuadero las siguietes moléculas y escribe los átomos de hidrógeo que falta. a) c) O N b) d) O O O O a) c) O N b) d) O O O O. Escribe la estructura de Lewis de los compuestos NF y l 4 idicado si los pares de electroes so elazates o libres. 9 Química orgáica 65

267 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La estructura de Lewis del NF es: F N F F Puedes observar que el NF tiee tres pares de electroes elazates y diez pares de electroes o elazates. La estructura de Lewis del l 4 es: l l l l Puedes observar que el l 4 tiee cuatro pares de electroes elazates y doce pares de electroes o elazates.. Describe la estructura espacial de la molécula de etio idicado la hibridació de los átomos de carboo. La molécula de etio cotiee u elace triple etre los dos átomos de carboo. ada átomo de carboo comparte tres pares de electroes co el otro átomo de carboo y u par de electroes co el hidrógeo. Su estructura de Lewis es: La cofiguració electróica del carboo es 1s s p. U electró del orbital s promocioa al orbital p vacío para poder formar u elace triple. Así, la molécula de etio tiee ua hibridació sp. Se combia u orbital tipo s co u orbital tipo p para resultar orbitales sp formado etre sí u águlo de 180º. La estructura espacial de la molécula de etio es la siguiete: Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p z de los átomos de carboo. Orbital de elace por solapamieto lateral de dos orbitales p y de los átomos de carboo. Orbitales de elace por solapamieto frotal del orbital 1s del y el orbital híbrido sp del. Orbital de elace por solapamieto frotal de dos orbitales híbridos sp de los átomos de carboo. PRATIA (págia 97) Localiza e las siguietes moléculas los elaces polares y el setido e el que está polarizados. a) O Ambas moléculas tiee elaces polarizados: a) O b) b) N Explica si las siguietes sustacias so ácidos, bases o afóteras. a) O O b) N N a) otiee el grupo carboxilo del que se ha despredido del protó. Tiee la posibilidad de recuperarlo por eso tiee carácter básico. O O O O O O 9 Química orgáica 66

268 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) La sustacia cotiee el grupo carboxilo, que es ácido, y el grupo amio, que es básico. Por tato, la sustacia es afótera, pudiédose comportar como u ácido o como ua base o como las dos cosas a la vez. ATIVIDADES (págia 99) 6. Po u ejemplo, co su ombre y fórmula, de cada ua de las familias siguietes: a) Alqueo. b) Alcohol. c) etoa. d) Éster. e) Amia. f) Nitrilo. El euciado o lo exige, pero ofrecemos aquí ejemplos co átomos de carboo. Otras respuestas podría ser igualmete válidas. a) propeo: b) propa-1-ol: O c) propaoe: O d) metoxietao: O e) propilamia: N f) propaoitrilo: N Las fórmulas moleculares de tres hidrocarburos lieales so: 8, 4 10 y 5 1. a) Nombra los compuestos. b) Perteece los tres a la misma serie homóloga? c) Preseta todos sus átomos de carboo hibridació sp? a) Propao, butao y petao, respectivamete. b) No, los tres so hidrocarburos, y por tato carece de grupo fucioal. Todos ellos so alcaos que respode a la fórmula + y solo se diferecia e el úmero de carboos de la cadea. c) Sí, todos ellos preseta hibridació sp, pues o hay igú elace múltiple etre los carboos. Idica el tipo de hibridació que se asiga a cada uo de los átomos de carboo del peta--e-4-i-1-ol. La fórmula del compuesto euciado y la hibridació de cada uo de los átomos de carboo que lo compoe so: O sp sp sp sp sp Por tato, el carboo 1.º tiee hibridació sp, los carboos.º y.º tiee hibridació sp y los carboos 4.º y 5.º hibridació sp. Idetifica y ombra el grupo fucioal presete e cada uo de los siguietes compuestos: a) 6 5 O c) N b) O a) 6 5 O aldehído b) O éter d) OO c) N amia d) OO éster ATIVIDAD (págia 01) 10. Nombra los siguietes compuestos: a) OO b) OO c) d) O a) ácido etaoico o ácido acético. b) etaoato de etilo o acetato de etilo. c) but--eo. d) propaal. 9 Química orgáica 67

269 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 11. Formula los siguietes compuestos orgáicos empleado fórmulas desarrolladas que distiga todos los elaces. a) pet--eo b) -metilhex-1-io c) hepta--ol f) ácido -metilbutaoico g) feilamia h) ácido metaoico d) etilamia i) buta-1-ol e) propaal j) butaal a) b) f) g) O O c) h) O N O O d) i) N O e) O j) O ATIVIDAD (págia 0) 1. E la figura siguiete, se muestra u espectro de ifrarrojo (IR) de ua molécula. Idica qué magitud se represeta e cada eje de u espectro ifrarrojo. Explica brevemete el proceso que experimeta u compuesto químico cuado es irradiado co radiació ifrarroja. E el eje de ordeadas se represeta el % de trasmitacia, y e el de abscisas el úmero de oda (e cm 1 ) de la radiació absorbida. uado u compuesto químico es irradiado co radiació ifrarroja, absorbe parte de esta eergía, lo que provoca cambios e la frecuecia de vibració de los elaces covaletes de la molécula. 9 Química orgáica 68

270 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 05) 1. Escribe, fórmula y ombre, de u hidrocarburo alifático saturado que presete isomería de cadea. exao: U isómero de cadea de este es el,-dimetilbutao: ( )( ) 14. Escribe, fórmula y ombre, de u isómero de cadea del butao,. Solo hay uo, el metilpropao. Su fórmula semidesarrollada es: 15. Escribe, fórmula y ombre, de u alcohol que presete isomería de posició. propa-1-ol: O propa--ol: (O) 16. Escribe, fórmula y ombre, de u isómero de posició del -cloropropao, l. 1-cloropropao: l 17. Formula el ácido propaoico y el -metilbutaal. Ecuetra u isómero de fució para cada uo de ellos, escribiedo su fórmula y su ombre. ácido propaoico: O O -metilbutaal: O U isómero de fució del ácido propaoico es el acetato de metilo: O O U isómero de fució del -metilbutaal es la -metil--butaoa: O 18. Escribe, fórmula y ombre, de u isómero de fució del etaol, O. dimetil éter o metoximetao: O 19. Etre los siguietes compuestos hay dos isómeros de fució: etil metil éter, ácido propaoico, propa--ol y propaal, cuáles so? Escribe sus fórmulas semidesarrolladas. So isómeros de fució el etil metil éter y el propa--ol: O (O) 0. Formula y ombra: a) Dos isómeros de fució, ambos co la fórmula 4 8O. b) Tres amias co la fórmula 9N. a) butaal: O butaoa: O b) propaamia: N N-metiletilamia: N 9 Química orgáica 69

271 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO trimetilamia: N 1. Escribe la fórmula y el ombre de todos los posibles isómeros que correspode a la fórmula molecular pet-1-eo: pet--eo: -metilbut-1-eo: -metilbut--eo: -metilbut-1-eo: metilciclobutao: etilciclopropao: 1,-dimetilciclopropao: ciclopetao: 1,1-dimetilciclopropao: ATIVIDADES (págia 06). Escribe la fórmula del -hexeo y aaliza si preseta isomería geométrica. Para que tega isomería geométrica, el compuesto debe coteer al meos u doble elace co grupos diferetes uidos a cada carboo del doble elace. La fórmula del -hexeo es: Observa que cotiee u doble elace etre los carboos y 4, y cada carboo está uido a u hidrógeo y a u grupo etilo. Por tato, el -hexeo preseta dos isómeros geométricos: E--hexeo tras--hexeo Z--hexeo cis--hexeo. 4. Escribe la fórmula semidesarrollada y el ombre que le correspode a cada uo de los isómeros geométricos del,-diclorobut--eo. La fórmula semidesarrollada del,-diclorobut--eo es: ll. Observa que cotiee u doble elace etre los carboos y, y cada carboo está uido a u cloro y a u grupo metilo. Por tato, el,-dicloro--buteo preseta dos isómeros geométricos: l l Z-,-diclorobut--eo cis-,-diclorobut--eo Formula los siguietes compuestos: a) 1-clorobut--eo. b) butaoato de etilo. l l E-,-diclorobut--eo tras-,-diclorobut--eo 9 Química orgáica 70

272 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) ácido -peteodioico. d) etaoamida. uáles de ellos preseta isomería geométrica? Justifica la respuesta. a) 1-clorobut--eo: l b) butaoato de etilo: OO c) ácido -peteodioico: OO OO d) etaoamida: ON U compuesto presetará isomería geométrica si cotiee al meos u doble elace co grupos distitos uidos a cada carboo del doble elace. Esta codició la cumple el 1-clorobut--eo y el ácido -peteodioico. E el 1-clorobut--eo cada carboo del doble elace está uido a u hidrógeo y u grupo clorometilo. Sus isómeros geométricos será los siguietes: l E-1-clorobut--eo tras-1-clorobut--eo l Z-1-clorobut--eo cis-1-clorobut--eo E el ácido -peteodioico u carboo del doble elace está uido a u hidrógeo y a u grupo carboxilo, y el otro a u hidrógeo y a u grupo metilcarboxilo. Sus isómeros geométricos será los siguietes: OO OO ácido E--peteodioico ácido tras--peteodioico OO OO ácido Z--peteodioico ácido cis--peteodioico ATIVIDADES (págia 07) 5. Observa los compuestos: l O y. Idica, razoadamete, cuál de ellos: a) Preseta isomería óptica. b) Preseta isomería geométrica. a) La isomería óptica se preseta cuado hay uidos cuatro grupos distitos alrededor de u átomo de carboo tetraédrico (sp ). Para ello debe existir u carboo quiral o asimétrico. E el primer compuesto todos los carboos so tetraédricos, pero solo el segudo carboo es asimétrico y, por tato, ese carboo es quiral. ay ua pareja de isómeros ópticos o eatiómeros del primer compuesto. O l l O Por el cotrario, el segudo compuesto o cueta co igú carboo asimétrico co hibridació sp, y carece por tato de isomería óptica. b) Para que exista isomería geométrica, el compuesto debe coteer al meos u doble elace co grupos diferetes uidos a cada carboo del doble elace. E el segudo compuesto se da esta codició, cada carboo del doble elace está uido a u hidrógeo y a u grupo metilo. El segudo compuesto preseta isomería geométrica. 9 Química orgáica 71

273 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6. Idica si el siguiete compuesto 5-bromohexa--ol preseta isomería óptica. Razoa la respuesta. Escribe la fórmula del compuesto: Br O. Sí preseta isomería óptica, ya que tiee dos carboos tetraédricos y asimétricos: el carboo, por estar uido a cuatro grupos distitos (metil, hidrógeo, hidroxilo y -bromopropil), y el carboo 5 (metil, bromo, -hidroxibutil e hidrógeo). O O Br Br O O Br Por tato, este compuesto tedrá cuatro isómeros ópticos. Br 7. Idica cuáles de los siguietes compuestos tiee u carboo quiral: a) but--eo. b) -cloro--metilpropao. c) ácido -amiopropaoico. Justifica tus respuestas. U carboo quiral o asimétrico es aquel que es tetraédrico y está uido a cuatro sustituyetes distitos. Para determiarlo, escribe la fórmula de cada compuesto: a) but--eo: b) -cloro--metilpropao: l( ) c) ácido -amiopropaoico: (N )OO Por tato, de los compuestos ateriores solo el ácido -amiopropaoico preseta u carboo quiral o asimétrico, que es el segudo carboo. OO OO N N ATIVIDAD (págia 08) 8. Nombra los siguietes compuestos e idetifica sus grupos fucioales. a) OO a) etaoato de etilo: OO. Éster. b) N c) O d) OO b) metilamia: N. Amia. c) buta--ol: O. Alcohol. d) ácido propaoico: OO. Ácido carboxílico. 9 Química orgáica 7

274 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 09) 9. A partir de los siguietes compuestos:,-dimetilbutao; propa--ol; ácido etaoico; but--eo. a) Escribe las fórmulas semidesarrolladas. b) Idica razoadamete si existe algú elace polar e las moléculas y e qué setido se produce el desplazamieto del par electróico. c) Escribe, si es posible, algú isómero de cada molécula, idica de qué tipo es. a) Las fórmulas semidesarrolladas de los compuestos ateriores so las siguietes:,-dimetilbutao propa--ol O ácido etaoico but--eo O O b) Aparece elaces polares e el propa--ol (O ) y e el ácido etaoico (O y O) debido a la gra diferecia de electroegatividad existete etre los dos átomos. Las fórmulas semidesarrolladas co el desplazamieto del par electróico e las dos polares se idica a cotiuació: O O ácido etaoico c) Isómeros de las moléculas ateriores: O propa--ol,-dimetilbutao: U isómero de cadea podría ser el hexao:. -buteo: 4 8. U isómero de posició podría ser el 1-buteo:. Ácido etaoico: 4O. U isómero de fució es el metaoato de metilo: OO. -propaol: 8O. U isómero de fució podría ser el etil metil éter: O. ATIVIDAD (págia 11) 0. Dada la molécula: Al reaccioar co yoduro de hidrógeo, cuál es el producto pricipal? Escribe la ecuació de la reacció química co los ombres de todos los compuestos. Se trata de ua reacció de hidrohalogeació al doble elace. El reactivo a adicioar, yoduro de hidrógeo, está formado por dos átomos diferetes etre sí, existirá siempre dos posibilidades para llevar a cabo la adició al doble elace. I -metil--yodobutao -metilbut--eo I I -metil--yodobutao 9 Química orgáica 7

275 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO La regla de Markovikov dice que el producto pricipal es aquel e el que los hidrógeos se adicioa al carboo que mayor úmero de hidrógeos uidos tiee ya. Por eso el producto pricipal es el -metil--yodobutao. ATIVIDADES (págia 1) 1. ompleta las reaccioes siguietes y ombra los compuestos que iterviee. a) Br b) l KO(aq) c) I N MO, d) O 4 a) Reacció de adició (halogeació): Br propeo b) Reacció de elimiació (deshidrohalogeació): Br Br 1,-dibromopropao l KO(aq) l KO(aq) c) Reacció de sustitució (ucleófila e amia): 1-cloropropao propeo cloruro de hidrógeo I N N I yodoetao etilamia yoduro de hidrógeo d) Reacció redox (oxidació de u alcohol primario co permagaato): MO, O 4 OO etaol ácido etaoico. Escribe las ecuacioes químicas ajustadas de las siguietes reaccioes orgáicas, idicado el tipo de reacció: a) Formació de but-1-eo a partir de buta-1-ol. b) Obteció de propaoato de metilo a partir de ácido propaoico y metaol. c) Obteció de propao a partir de propio. d) Obteció de metaol a partir de clorometao. a) Elimiació (deshidratació de alcoholes): O O buta-1-ol but-1-eo agua b) odesació (esterificació): OO O OO O ácido propaoico metaol propaoato de metilo agua c) Adició (hidrogeació): propio hidrógeo propao d) Sustitució (ucleófila e alcohol): l NaO O Nal clorometao hidróxido de sodio metaol cloruro de sodio 9 Química orgáica 74

276 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 16). Nombra las sustacias orgáicas que aparece e las reaccioes siguietes y justifica las que correspode a sustitució o a elimiació. a) N O ON b) I KO O KI c) Br O O Br d) O O a) N O ON etaoitrilo etaamida E el primer carboo de la cadea cambia el grupo ciao a grupo amida. Reacció de sustitució. b) I KO O KI yodoetao etaol El grupo O reemplaza al yodo. Reacció de sustitució. c) Br O O Br bromopropao metaol metil propil éter El grupo O reemplaza al bromo. Reacció de sustitució. d) O O etaol etaal Puede parecer que se trata de ua reacció de elimiació porque del etaol se elimia dos y e el resultado fial hay u doble elace e el grupo carboilo del etaal. Pero el doble elace o es etre dos carboos de la cadea carboada. E realidad es ua reacció de oxidació. 4. Para cada uo de los siguietes procesos escribe la ecuació química ajustada co los ombres y el tipo de reacció: a) idrogeació catalítica de -metilbut-1-eo. b) Deshidratació del buta-1-ol co ácido sulfúrico. c) Deshidrohalogeació de -bromo--metilpropao. d) Reacció de propaal co KMO 4. a) ( ) ( ) -metilbut-1-eo metilbutao Reacció de adició. b) O SO 4 O buta-1-ol but-1-eo Reacció de elimiació. c) ( )Br ( ) Br -bromo--metilpropao metilpropeo Reacció de elimiació. d) O KMO 4 OO propaal ácido propaoico Reacció de oxidació. 5. ompleta las siguietes ecuacioes químicas e idica el tipo de reacció a la que perteece: a) O 9 Química orgáica 75

277 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO SO alor b) O 4 O SO c) (beceo) NO a) 7 O 4 O 6 O. Reacció de combustió. SO alor b) O 4 O O. Reacció de elimiació (deshidratació de alcohol). SO c) (beceo) NO 6 5NO O. Reacció de sustitució (itració). 6. Para los compuestos ácido etaoico, bromometao y dimetil éter: a) uál de los tres compuestos reaccioará co etaol? uál es el producto de la reacció? b) Escribe la ecuació ajustada, co los ombres de las especies químicas resultates, de la reacció que tiee lugar cuado el bromometao reaccioa co NaO. De qué tipo de reacció se trata? a) El ácido etaoico reaccioará co etaol para dar etaoato de etilo. b) Se trata de ua reacció de codesació: OO O OO O buta-1-ol etaol etaoato de etilo agua ATIVIDADES FINALES (págia 0) aracterísticas geerales 7. Para el compuesto 4-etil-,5-dimetiloctao escribe su fórmula semidesarrollada y su fórmula molecular. Fórmula semidesarrollada: Fórmula molecular: Del siguiete cojuto de compuestos, idica: 1) OO ) OO ) O O 4) OO a) Los que tiee la misma cadea carboada. b) Los que tiee el mismo grupo fucioal. c) Los que tiee algua isaturació. a) El y el 4 tiee la misma cadea carboada co 4 átomos de carboo. b) El 1, el y el 4 tiee el mismo grupo fucioal (grupo carboxilo). c) Todos tiee la isaturació O, y además el tiee la isaturació. Escribe las fórmulas de los siguietes compuestos: dimetil éter, ciclohexaol, acetato de metilo, propilamia. dimetil éter: O ciclohexaol: 6 11O 9 Química orgáica 76

278 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO acetato de metilo: OO propilamia: N 40. Explica por qué la molécula de eteo, 4, es plaa co águlos de elace de aproximadamete 10º, mietras que la molécula de acetileo,, es lieal. E cuál de las dos moléculas ateriores la distacia etre los átomos de carboo debe ser meor? La molécula de eteo, 4, tiee hibridació sp, co águlos de elace de aproximadamete 10º, porque los orbitales híbridos sp va desde cada átomo de carboo hacia los vértices de u triágulo equilátero plao. Si embargo, la molécula de etio, 4, tiee hibridació sp y su estructura es lieal. Esta estructura obliga a que los águlos de elace sea de 180º. Además, e la molécula de etio los dos átomos de carboo se ue mediate u elace triple costituido por u orbital de elace y dos orbitales de elace. Mietras que e la molécula de eteo los dos átomos de carboo se ue mediate u elace doble costituido por u orbital de elace y otro orbital de elace. omo el orbital tipo se produce por solapamieto lateral, para que sea efectivo, la distacia tiee que acortarse. Por eso, como la molécula de etio cueta co dos elaces y la de eteo co solo uo, la distacia es meor e el etio que e el eteo. 41. Escribe la fórmula desarrollada y el ombre de los siguietes compuestos. Idica el grupo fucioal que cotiee. a) O b) ON c) OO d) O O a) propaal O aldehído O b) propaamida N ON amida O c) propaoato de etilo O OO éster d) buta-1-ol O O alcohol 4. Se ha utilizado la espectroscopía ifrarroja (IR) para idetificar u compuesto. Experimetalmete se ha obteido el siguiete espectro: 100 % Trasmitacia 50 % 0 % Número de oda (cm 1 ) Química orgáica 77

279 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Qué le pasa a ua molécula cuado absorbe radiació ifrarroja? b) Justifica si el compuesto es el -propaol o el ácido propaoico. Absorció de diferetes tipos de elace e la regió de ifrarrojo Elace Tipo de compuesto Itervalo de úmero de oda (cm 1 ) alcaos () alqueos () (850, 970) (140, 1470) (010, 095) (675, 995) O alcoholes (00, 600) ácidos carboxílicos (500, 700) O O alcoholes, éteres, ácidos carboxílicos, ésteres aldehídos, cetoas, ácidos carboxílicos, ésteres (1050, 100) (1690, 1760) a) uado ua molécula absorbe radiació ifrarroja, los elaces covaletes que matiee uidos los átomos comieza a vibrar. b) El grupo alcohol absorbe eergía del itervalo de logitud de oda (00, 600). El grupo ácido carboxílico absorbe e el itervalo (500, 700). Se observa absorció por ecima de 000, o por debajo. Por tato, el compuesto es el -propaol. 4. La combustió de g de u alcohol produce 7,15 g de dióxido de carboo y,650 g de agua. Determia: a) La fórmula empírica de dicho alcohol. b) Sabiedo que g de alcohol e estado gaseoso ocupa u volume de 1075 ml a 5 º y 0,9 atm, calcula la masa molecular y la fórmula molecular. Dato: R 0,08 atm mol K 1 L 1. a) Durate la combustió del alcohol todo el carboo pasará a dióxido de carboo, todo el hidrógeo a agua. El oxígeo se distribuye, juto co el oxígeo comburete, a dióxido de carboo y agua. alla las masas de carboo y de hidrógeo e los productos formados durate la reacció: arboo: M(O ) 1,01 16,00 44,01 g mol 1 ; M() 1,01 g mol 1. m 7,15 g de O 1 mol de O 44,01 g de O 1 mol de átomos de 1 mol de O 1,01 g de 1 mol de átomos de 1,947 g de idrógeo: M( O) 1,008 16,00 18,016 g mol 1 ; M() 1,008 g mol 1. m,650 g de O 1 mol de O 18,016 g de O mol de átomos de 1 mol de O 1,008 g de 1 mol de átomos de 0,408 g de La masa de oxígeo será la diferecia etre la masa del alcohol y la suma de las masas de carboo e hidrógeo ya calculadas: m O [ (1,947 0,408)] g 0,645 g Divide las masas obteidas etre las masas atómicas de cada elemeto. Así obtiees la catidad de cada elemeto: 1mol de 1,947 g de 1,01 g de 0,16mol de 9 Química orgáica 78

280 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1mol de 0,408 g de 1,008 g de 1mol de O O 0,645 g de O 16,00 g de O 0,405mol de 0,040 mol de O Divide por el meor para obteer el úmero de átomos de cada elemeto e el alcohol: 0,16 mol N 0,040 mol 0,405 mol 0,040 mol 1 0,040 mol 4,05 4; N 10,06 10; NO 0,040 mol Por tato, la fórmula empírica del compuesto es 4 10O. b) alcula la masa molecular del compuesto mediate la ecuació de estado de los gases ideales: M mrt pv m pv RT pv RT M atm L g0, K mol K 0,9 atm 1,075 L 74,1 gmol 1 omo la fórmula molecular del compuesto cotiee veces la fórmula empírica: M( 4 10O) 1,01 4 1, ,00 74,1 g mol 1 M[( O) ] M( O) M[( O) ] M( 410 O) 74,1 gmol 1 74,1 gmol 1 1 Por tato, la fórmula molecular del compuesto coicide co su fórmula empírica y es 4 10O. ATIVIDADES FINALES (págia 1) 44. Escribe u compuesto que se ajuste a las siguietes codicioes: a) Ua amia secudaria co cuatro carboos, u átomo de itrógeo uido a u carboo co hibridació sp y co algú átomo co la hibridació tipo sp. b) U éter de tres carboos coteiedo átomos co hibridació sp. a) N-metilprop--eamia: N b) etiil metil éter: O 45. Sedas botellas, A y B, cotiee u líquido puro y trasparete descoocido. Las úicas posibilidades so las sustacias orgáicas siguietes: peta--oa ( 5 10O), peta--ol ( 5 1O) o petao ( 5 1). Se somete cada botella a espectroscopía ifrarroja cosiguiédose los siguietes espectros: 100 % Trasmitacia 100 % Trasmitacia Botella A Botella B 0 % Número de oda (cm 1 ) % Número de oda (cm 1 ) Idetifica razoadamete a qué sustacia orgáica correspode cada ampolla. Datos: e la tabla de la actividad 4. Observa cada espectro e idetifica los itervalos e los que sí y los que o hay absorció. az correspoder estos itervalos co los valores de absorció de la tabla de la actividad úmero 4. Para hacer correspoder el tipo de elace y compuesto característico de cada uo de los compuestos se puede seguir razoamietos secillos como los que sigue: 9 Química orgáica 79

281 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO E el espectro de la botella A idetificamos el pico correspodiete al elace, (850, 970), (140, 1470). No hay absorció e los itervalos característicos de los alcoholes (00, 600) i de las cetoas (1690, 1760). Por tato, la sustacia coteida e la botella A es u alcao. Será el petao. E el espectro de la botella B idetificamos el pico correspodiete al grupo alcohol (00, 600). No hay absorció e el itervalo característico de las cetoas (1690, 1760). Por tato, la sustacia coteida e la botella B es u alcohol. Será el peta--ol. Isomería 46. Formula el 4-metilhex--eo y escribe el ombre y la fórmula de dos isómeros de este compuesto. a) De posició. b) De fució. c) Geométricos. d) Ópticos. La fórmula del 4-metilhex--eo es 7 14, e su forma semidesarrollada: a) Dos isómeros de posició del 4-metilhex--eo so los siguietes: -metilhex--eo: 4-metilhex--eo: b) Dos isómeros de fució del 4-metilhex--eo so los siguietes: metilciclohexao: c) Dos isómeros geométricos del 4-metilhex--eo so los siguietes: cis-4-metilhex--eo: tras-4-metilhex--eo: d) El carboo 4 de la cadea es quiral. Por tato, el 4-metilhex--eo sí tiee isómeros ópticos. So los siguietes: 1,-dimetilciclopetao: (4S)-4-metilhex--eo Nota: La omeclatura de los isómeros ópticos o forma parte de los coteidos de.º de Bachillerato. (4R)-4-metilhex--eo 47. Para el compuesto 4-etil-,5-dimetiloctao escribe su fórmula y el ombre de u compuesto co igual fórmula molecular pero distita fórmula semidesarrollada idicado el tipo de isómero que es. La fórmula del compuesto 4-etil-,5-dimetiloctao es 1 6: 9 Química orgáica 80

282 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO U compuesto co igual fórmula molecular pero distita fórmula semidesarrollada es el 4-etil-,-dimetiloctao, que es u isómero de posició: 48. Nombra y represeta las fórmulas semidesarrolladas de u alcohol, u aldehído y ua cetoa, isómeros etre sí y co cuatro átomos de carboo. -buteol: O butaal: butaoa: O O 49. Escribe la fórmula y ombra u isómero de fució de cada compuesto: a) O b) ON c) OO d) O O a) Propaal, 6O. U isómero de fució es la propaoa: b) Propaamida, 7NO. U isómero de fució es la 1-amio--propaoa: O N c) Propaoato de etilo, 5 10O. U isómero de fució es el ácido petaoico: O O d) Buta-1-ol, 8O. U isómero de fució es el etil metil éter: O 50. Sabiedo que el alcohol resultate de la actividad 4 tiee u carboo quiral, cuál es su ombre? La fórmula molecular resultate de la actividad 4 es 4 10O. Es el butaol. Pero e qué carboo sustituye el grupo alcohol? Para que haya algú carboo quiral este debe teer hibridació sp y teer los 4 sustituyetes distitos. Esto ocurre si el alcohol es secudario. O O buta--ol: (S)-buta--ol (R)-buta--ol Nota: La omeclatura de los isómeros ópticos o forma parte de los coteidos de.º de Bachillerato. 51. Escribe u compuesto que sea el isómero cis de u alcohol primario de cuatro carboos. El isómero cis- de u alcohol primario de cuatro carboos debe teer u elace doble. O Ua posibilidad es el cis-but--e-1-ol: 9 Química orgáica 81

283 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO O Otra posibilidad es el cis-but-1-e-1-ol: Mietras que i el but--e-1-ol, i el -metilprop-1-e-1-ol, i tampoco el -metilprop--e-1-ol (todos ellos alcoholes primarios de 4 carboos co elaces dobles) tiee isómeros geométricos. 5. Ecuetra etre los siguietes compuestos: 1) 4) O ) O 5) ) O 6) O a) Los que so isómeros de posició. b) Los que preseta isomería geométrica. c) Los que so isómeros de fució. a) 1 (but-1-eo) y 5 (but--eo) so isómeros de posició. b) 5 (but--eo) preseta isomería geométrica. c) (propaal) co 6 (propaoa) so etre sí isómeros de fució; y la pareja (dimetil éter) co 4 (etaol) tambié so etre sí isómeros de fució. 5. otesta a las pregutas: a) uátos isómeros de posició hay del alcohol co fórmula molecular 8O? b) uátos isómeros de fució tiee el compuesto co fórmula molecular 6O? c) uátas parejas de isómeros geométricos se puede ecotrar co la fórmula molecular 4 8? d) uál es el úmero máximo de carboos quirales o asimétricos para la fórmula molecular 4 8Brl? a) 8O. Tiee dos isómeros de posició: O O propa-1-ol propa--ol b) 6O. omo solo tiee u átomo de oxígeo, podría ser u alcohol, u éter, ua cetoa y u aldehído. omo el úmero de átomos de hidrógeo se correspode co la existecia de u elace doble, la estructura solo puede ser u carboilo ( O y O). Las dos fórmulas so: O propaoa O propaal c) 4 8. Tiee ua pareja de isómeros ópticos solo si el doble elace se da etre el.º y. er carboos: cis-but--eo tras-but--eo d) 4 8Brl. E u carboo quiral los 4 sustituyetes debe ser diferetes. o dos halógeos (l y Br) es posible ecotrarlos sustituyedo hidrógeos e el mismo carboo de la cadea o e carboos diferetes. uado e u carboo haya dos hidrógeos o será quiral. 9 Química orgáica 8

284 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO o los halógeos e el mismo carboo solo hay 1 carboo quiral, aquel dode sustituye los halógeos: l 1-bromo-1-clorobutao,, el carboo 1 es quiral; Br l -bromo--clorobutao,, el carboo es quiral. Br Solo hay 1 carboo quiral e la molécula e ambos casos. o los halógeos e diferete carboo hay más posibilidades: Br l 1-bromo--clorobutao,, el carboo es quiral; Br l 1-bromo--clorobutao,, el carboo es quiral; Br l 1-bromo-4-clorobutao,, o tiee carboos quirales; l -bromo-1-clorobutao,, el carboo es quiral; Br l Br -bromo--clorobutao,, los carboos y so quirales; l Br -bromo-1-clorobutao,, el carboo es quiral. El máximo se da co carboos quirales. Este isómero co dos carboos quirales es el -bromo--clorobutao Escribe las fórmulas semidesarrolladas y el ombre de los isómeros geométricos del,-diclorobut--eo. El compuesto,-diclorobut--eo, ll, preseta u doble elace co dos grupos orgáicos distitos uidos a cada carboo del mismo, co lo que puede presetar isomería geométrica (cis/tras). Si los dos átomos de cloro se coloca del mismo lado del plao del doble elace, el compuesto es cis-, y si se coloca e lados opuestos del plao del doble elace, es tras-: l l cis-,-diclorobut--eo Para el compuesto ácido pet--eoico, idica: a) La pareja de isómeros geométricos. b) La fórmula de u isómero de cadea. l l tras-,-diclorobut--eo 9 Química orgáica 8

285 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Los dos isómeros geométricos del ácido pet--eoico so: OO OO ácido cis-pet--eoico ácido tras-pet--eoico b) U isómero de cadea es, por ejemplo, el ácido -metilbut--eoico: OO 56. Para los compuestos orgáicos butaoa, ácido propaoico, acetato de etilo y -amiobutao. a) Escribe sus fórmulas moleculares desarrolladas. b) Escribe u isómero estructural de cada ua de ellas. c) Escribe algú isómero espacial, si es posible, de alguo de los compuestos. a) butaoa ácido propaoico O b) U isómero estructural de la butaoa es el butaal, que es u isómero de fució: U isómero estructural del ácido propaoico es el etaoato de metilo, que es u isómero de fució: U isómero estructural del acetato de etilo es el ácido butaoico, que es u isómero de fució: U isómero estructural del -amiobutao es la dietilamia, o N-etiletaamia, que es u isómero de cadea: O O acetato de etilo O O -amiobutao O O c) El -amiobutao es el úico que tiee u isómero espacial, ya que tiee u carboo quiral o asimétrico e el carboo pues cada sustituyete de este carboo es distito: Et N O O O N Ami Met 9 Química orgáica 84

286 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 57. Justifica si alguo de los carboos de propao-1,-diol preseta isomería óptica. El propao-1,-diol sí preseta isomería óptica, puesto que el carboo es asimétrico. El carboo es asimétrico por estar uido a cuatro grupos distitos, metil, hidrógeo, hidroxilo e hidroximetil: O O Reactividad 58. Escribe y ajusta la reacció de combustió del 4-etil-,5-dimetiloctao. La fórmula del 4-etil-,5-dimetiloctao es: ueta los átomos de carboo que compoe este alcao para coseguir la fórmula molecular. Para los alcaos la fórmula geeral es. o 1 átomos de carboo es 1 6. La ecuació que represeta la reacció de combustió del 4-etil-,5-dimetiloctao, si ajustar, es la siguiete: 1 6 O O O Todos los átomos de carboo del dióxido de carboo procede del alcao, que tiee 1: 1 6 O 1 O O Todos los átomos de hidrógeo del agua procede del alcao, que tiee 6, dos para cada molécula de agua: 1 6 O 1 O 1 O Todos los átomos de oxígeo del dióxido de carboo y del agua procede del oxígeo molecular. ay 7 átomos de O, todos procedetes del O : O 1 O 1 O La ecuació ajustada debe quedar co coeficietes eteros: O 4 O 6 O 59. Nombra y represeta las fórmulas semidesarrolladas de dos derivados del ácido propaoico (u éster y ua amida). U éster es el resultado de ua codesació de u ácido carboxílico co u alcohol. Por ejemplo, el propaoato de etilo: OO O OO O ácido propaoico etaol propaoato de etilo agua Ua amida es el resultado de ua codesació de u ácido carboxílico co amoiaco. Por ejemplo, la propaamida: OO N ON O ácido propaoico amoiaco propaamida agua 60. Para las siguietes reaccioes: 1) ) Br Br Br 9 Química orgáica 85

287 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO LiAl ) O 4 O 4) O SO4 O a) Nombra los compuestos e idica el tipo de reacció. b) Idica los cambios de hibridació que sufre los. a) Reacció de adició electrófila a doble elace. propeo propao Br Br Br Reacció de adició electrófila a triple elace. propio 1,1,,-tetrabromopropao LiAl O 4 O propaal propa-1-ol O SO4 O propa-1-ol propeo b) E la reacció 1 el cambio de hibridació es de sp a sp. E la reacció el cambio de hibridació es de sp a sp. E la reacció el cambio de hibridació es de sp a sp. E la reacció 4 el cambio de hibridació es de sp a sp. Reacció de reducció de cetoa a alcohol. Reacció de elimiació, deshidratació de alcohol. ATIVIDADES FINALES (págia ) Explica e qué codicioes la bromació del propio tiee como producto u compuesto que preseta isomería geométrica. La reacció de bromació del propio es: Br Br Br Br E el segudo paso de la bromació, el compuesto itermedio es 1,-bromopropeo. Este compuesto preseta isomería geométrica. ompleta las siguietes reaccioes y ombra los sustratos y los posibles productos. a) l b) 6 5 NO KMO c) O 4 a) Producto pricipal Producto secudario l l l propeo -cloropropao 1-cloropropao Br Br d) OO O e) l KO(aq) b) NO O NO tolueo m-itrotolueo agua 9 Química orgáica 86

288 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO KMO c) O 4 OO etaol ácido etaoico d) OO O OO O ácido etaoico metaol etaoato de metilo agua e) l KO(aq) Kl O 1-cloropropao propeo 6. U alcohol isaturado, de fórmula 5 10O, se oxida y se obtiee pet--e--oa. Mietras que al deshidratar el alcohol co ácido sulfúrico produce peta-1,-dieo. a) Idetifica el alcohol isaturado co ombre y fórmula semidesarrollada. b) Escribe las dos reaccioes del euciado idicado el tipo correspodiete. a) Al oxidarse a cetoa, el oxígeo del hidroxilo (co hibridació sp ) forma u elace simple co el carboo de la cadea. Este átomo de oxígeo ahora es de u grupo carboilo (co hibridació sp ) y permaece elazado al mismo carboo cambiado a doble elace. ay ua isaturació e el sustrato etre dos átomos de carboo. La isaturació permaece. Puedes ver que e ambos productos está localizada co el úmero. El alcohol buscado es el pet--e--ol: O. K b) O r O7 O pet--e--ol Reacció de oxidació de alcohol secudario. pet--e--oa O SO 4, O pet--e--ol peta-1,-dieo Reacció de elimiació (deshidratació de alcohol). (No se aplica la regla de Sayteff pues sería improbable el producto peta-,-dieo. Esto obligaría al tercer carboo a u cambio de hibridació de sp a sp). 64. ompleta las siguietes reaccioes químicas: a) O SO 4 b) O oxidate c) Br d) OO O a) O SO 4 O SO 4 b) O oxidate OO c) Br BrBr d) OO O OO O 65. alcula el volume de, a 6 º y,5 atm, ecesario para reducir catalíticamete 1,50 g de peta--oa, ombrado el producto pricipal obteido. Dato: R 0,08 L atm mol 1 K 1. Las cetoas mediate reducció catalítica se trasforma e alcoholes secudarios. E este caso de la peta--oa se obtiee el peta--ol. La ecuació química ajustada de la reacció es: alla la masa molar de la peta--oa: O O M( 5 10O) 1,01 5 1, ,00 86, g mol 1 9 Química orgáica 87

289 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Teiedo e cueta la estequiometría de la reacció, calcula la catidad de hidrógeo ecesario para reaccioar co 1,50 g de peta--oa: 1,50 g de 510 O 1 mol de 510 O 86, g de 510 O 1 mol de 1 mol de 510 O alla el volume de hidrógeo usado la ecuació de estado de los gases ideales: 0,49mol de RT pv RT V p atm L 0,49 mol 0,08 mol K,5 atm 6 7 K,74 L de Idetifica los grupos fucioales presetes e el ácido 5-hidroxipet--eoico, formula la sustacia y propó los productos más probables de reacció de dicha sustacia co: a) idróxido de potasio e exceso. b) Gas cloro. c) alor e medio ácido. Los grupos fucioales presetes e el 5-hidroxipet--eoico so el grupo alcohol (O) y el grupo carboxilo (OO): O a) Se formará el 5-hidroxipet--eoato de potasio mediate ua reacció ácido-base. O O O KO b) Se formará el ácido 5-hidroxi-,-dicloropetaoico mediate ua reacció de halogeació. O O O O l O l O O l c) Se formará el ácido pet-,4-dieoico mediate la reacció de deshidratació del alcohol. O O O O O O O O K O O O La leucia es uo de los amioácidos eseciales. Su ombre sistemático es ácido -amio-4-metilpetaoico. a) Escribe su fórmula semidesarrollada. b) Escribe la reacció de la leucia co el metaol, ombra los productos idicado el tipo de reacció. a) La fórmula desarrollada del ácido -amio-4-metilpetaoico es: N b) La reacció de la leucia co el metaol es ua reacció de esterificació: ( ) (N )OO O O O ( ) (N )OO O ácido -amio-4-metilpetaoico metaol -amio-4-metilpetaoato de metilo agua 9 Química orgáica 88

290 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 68. Dados los siguietes compuestos: Elige el más adecuado para cada caso: y a) Reaccioa co O/ SO 4 para dar otro compuesto que preseta isomería óptica. b) La combustió de mol produce 6 mol de O. c) Reaccioa co Br para dar u compuesto que o preseta isomería óptica. a) E ua adició a doble elace para producir alcohol se debe respetar la regla de Markovikov. Al adicioar agua sobre el propeo, el producto pricipal debe ser propa--ol, que o tiee igú carboo quiral. O Al adicioar agua sobre el but--eo, por la simetría que tiee o se aplica la regla de Markovikov, el úico producto posible es buta--ol que sí tiee carboo quiral. Se debe elegir el but--eo. O b) E la combustió de u hidrocarburo, los carboos del O solo procede del hidrocarburo. La proporció que os da es 6/ /1. Por eso el hidrocarburo co carboos es el que buscamos. Por tato, es el primero, el propeo. E la combustió tiee lugar la siguiete reacció: 9 O 6 O 6 O c) Por u razoamieto similar al del apartado a), ahora será el primer compuesto, el propeo, ya que el compuesto resultate debe carecer de carboos quirales o asimétricos. Br 69. ompleta las siguietes reaccioes e idica el tipo de reacció: LiAl a) O 4 b) l Luz ultravioleta l LiAl a) O 4 O Reacció de adició electrófila a doble elace (formació de alcoholes). b) l Luz ultravioleta l l Reacció de sustitució halogeació de alcaos. 70. Justifica la veracidad o falsedad de las siguietes afirmacioes escribiedo las fórmulas semidesarrolladas de los compuestos. a) La regla de Markovikov predice que el producto mayoritario resultate de la reacció del propeo co Br es el 1-bromopropao. b) La reacció de propeo co cloro molecular produce mayoritariamete -cloropropao. 9 Química orgáica 89

291 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) La regla de Markovikov idica que el producto pricipal es aquel e el que los hidrógeos se adicioa al carboo co mayor úmero de hidrógeos. Por tato, al reaccioar el propeo co el Br se obtedrá como producto pricipal el -bromopropao. La afirmació es falsa. Br Br b) La reacció de propeo co cloro molecular (halogeació) produce mayoritariamete 1,-dicloropropao. La afirmació es falsa. l l l 71. El but-1-eo se efreta para reaccioar co distitos reactivos:, O/ SO 4 y Br. Elige e cada caso el reactivo que permite producir: a) U compuesto que forma elaces de hidrógeo. b) U compuesto cuya combustió solo produce O y agua. c) U compuesto que preseta isomería óptica. Justifica las respuestas escribiedo las reaccioes correspodietes. a) Para formar elaces de hidrógeo ecesitamos que e la molécula haya grupos O o N. o el reactivo O e medio ácido ( SO 4) se adicioa al doble elace grupos O. Por la asimetría del but-1-eo, al reaccioar co agua dará lugar al buta--ol como producto pricipal segú la regla de Markovikov. Es u alcohol que preseta elaces de hidrógeo. La adició electrófila al doble elace de O/ SO 4: O/ SO 4 O b) U compuesto que tras la combustió solo produzca O y agua o debe coteer ada más que, y/o O. No deberías elegir el Br co but-1-eo. Al adicioar O/ SO 4 el producto es buta--ol, ver e el apartado aterior. E la combustió geera solo dióxido de carboo y agua segú la ecuació: O 6 O 4 O 5 O Al adicioar el producto es butao. La adició electrófila al doble elace de : La combustió del butao tambié produce solo dióxido de carboo y agua segú la ecuació: 1 O 8 O 10 O c) Para coseguir isomería óptica debes coseguir u carboo quiral. Esto es posible si se adicioa al doble elace u reactivo que procure asimetría, como puede ser O o Br. Por la asimetría del but-1-eo, al reaccioar co agua dará lugar al buta--ol como producto pricipal segú la regla de Markovikov. Es u alcohol co u carboo quiral. La adició electrófila al doble elace de O/ SO 4: O/ SO O 4 La reacció de hidrohalogeació del buta-1-eo produce -bromobutao, cuyo segudo carboo es quiral o asimétrico. La adició electrófila al doble elace de Br: Br Br 9 Química orgáica 90

292 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO QUÍMIA EN TU VIDA (págia 4) Qué importacia tiee los catalizadores eatioselectivos? Los catalizadores eatioselectivos hace posible que e la reacció se geere solo el isómero deseado, o los dos eatiómeros. El empleo de este tipo de catalizadores aumeta, por tato, la selectividad de las reaccioes químicas, y tiee aplicació e diversos ámbitos, como la idustria farmacéutica, la de los fitosaitarios, la tecológica, etc. Busca e la red e ivestiga sobre el caso de la talidomida, y su relació co los eatiómeros y los catalizadores eatioselectivos. La talidomida es el ombre de u fármaco, comercializado etre los años 1957 y 196 como traquilizate y para evitar las áuseas del primer trimestre de embarazo. Este fármaco tuvo efectos muy egativos sobre los fetos, que acía co graves malformacioes. Naciero miles de bebés co estas malformacioes cogéitas, tato e Alemaia, que fue el país que desarrolló y comercializó la talidomida, como e otros muchos países, etre ellos España. E los siguietes elaces se puede obteer más iformació sobre el caso de la talidomida: El ombre sistemático de la talidomida segú la omeclatura IUPA es: -(,6-dioxopiperidi--il)isoidol-1,-dioa Preseta u carboo quiral, así que hay ua pareja de eatiómeros llamados (R)-talidomida y (S)-talidomida. Uo de ellos, la (R)-talidomida, produce el efecto deseado. El otro eatiómero, la (S)-talidomida, es el resposable de las malformacioes preatales. oy e día se usa la talidomida gracias a las técicas de los catalizadores eatioselectivos que permite discrimiar el isómero beeficioso del perjudicial, y hacer u uso adecuado del medicameto. So todas las aplicacioes de u descubrimieto cietífico siempre beeficiosas? No todas las aplicacioes de u descubrimieto cietífico so beeficiosas para la sociedad, depede del objetivo que tegamos al aplicar el uevo descubrimieto. Siempre, ates de aplicar u descubrimieto cietífico co u objetivo determiado, hay que prever y comprobar las cosecuecias que puede teer esta aplicació sobre la sociedad. Existe muchos ejemplos de aplicacioes egativas del coocimieto cietífico, por ejemplo, el desarrollo de la bomba atómica, co cosecuecias desastrosas para la humaidad. Pero la mayoría de las veces, los descubrimietos cietíficos se aplica e el desarrollo de productos y servicios que mejora uestra calidad de vida, y que podemos cosiderar, por tato, beeficiosas. 9 Química orgáica 91

293 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 9 Química orgáica 9

294 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 Aplicacioes de la química orgáica 10 Aplicacioes de la química orgáica 9

295 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 Aplicacioes de la química orgáica 94

296 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Aplicacioes de la química orgáica 10 PARA OMENZAR (págia 5) Debate co tus compañeros sobre la capacidad del ser humao para modificar los compuestos químicos que produce la aturaleza. Los alumos y alumas debe orgaizar u debate e clase e el que discuta la capacidad del ser humao para modificar las sustacias aturales. El debate puede girar e toro a estos ejes: La idustria química. El trabajo de laboratorio e la sítesis orgáica e iorgáica. Explotació de recursos aturales. I + D + i para la creació de uevas sustacias y materiales co aplicacioes diversas. Preservació del medio ambiete y desarrollo sosteible. Ivestiga sobre yatt y la sítesis del celuloide. Qué características del polímero hiciero que este material fuese utilizado para la fotografía? Joh Wesley yatt ( ) fue u ivetor estadouidese coocido por desarrollar, juto a su hermao, el primer material plástico, el celuloide (ua mezcla de itrato de celulosa y alcafor). Ua compañía de billares de Nueva York orgaizó u cocurso para diseñar materiales alterativos al marfil para fabricar las bolas de billar. Los hermaos yatt participaro, y mietras trabajaba e su laboratorio, ua parte de la mezcla que había preparado se derramó e el suelo. Al secarse formó ua fia capa que teía la propiedad de uir el serrí y el papel. otiuaro su ivestigació y descubriero que, si se sometía el producto a alta presió, formaba u material válido para la fabricació de bolas de billar. El celuloide caliete es u material flexible y maleable, y puede moldearse e diversas formas. Ua vez el celuloide se ha efriado, el material se trasforma e seco y duro. El celuloide es trasparete e icoloro, y la pasta puede colorearse y erollarse. Su pricipal problema radica e que es muy iflamable. Estas propiedades del celuloide hiciero que este polímero fuese utilizado como base e las películas fotográficas hasta el año 1940, cuado fue reemplazado por el triacetato de celulosa, que era mucho más seguro e la preveció de icedios e cies y almacees de películas. ATIVIDAD (págia 7) 1. Estudia la estructura de los átomos e los compuestos -metilpetao y -metilbuta-1-ol y razoa sobre su solubilidad e agua. Escribe sus fórmulas semidesarrolladas: O -metilpetao -metilbuta-1-ol El -metilpetao es u alcao, formado por elaces apolares y, por tato, es isoluble e agua y e disolvetes polares. El -metilbuta-1-ol es u alcohol primario, que forma puetes de hidrógeo co su grupo hidroxilo (O). Por tato, será soluble e agua y e otros compuestos polares. 10 Aplicacioes de la química orgáica 95

297 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia ). La esterificació del ácido etaoico co etaol es ua reacció de equilibrio. Queremos obteer 17,6 g de etaoato de etilo co 15 g de ácido etaoico. a) Escribe la reacció de equilibrio. b) Si K 5, calcula la masa de etaol ecesaria al iicio de la reacció. c) alcula la fracció molar de cada uo de los cuatro compuestos presetes e el equilibrio. a) Escribe la ecuació química de equilibrio ajustada etre el ácido acético y el etaol: OO O OO O b) alcula la catidad de acetato de etilo a obteer, y la catidad de ácido acético co la que se iicia: M( OO ) 1,01 4 1, ,00 88,104 g mol 1 17,6 g de OO OO 1mol de OO 88,104 g de OO 0,1998mol de OO M( OO) 1,01 1, ,00 60,05 g mol 1 1mol de OO OO 15 g de OO 60,05 g de OO 0,498 mol de OO Elabora ua tabla co los cambios que se establece hasta el equilibrio, llamado x a la catidad de etaol iicial: OO O OO O atidad iicial (mol) 0,498 x 0 0 atidad e el equilibrio (mol) 0,498 0,1998 0,0500 x 0,1998 0,1998 0,1998 ocetracioes e el equilibrio (M) 0,05 V x 0,1998 0,1998 V V 0,1998 V Aplica la expresió de la costate de equilibrio para obteer la catidad iicial de etaol: K [ OO ] [ O] [ OO] [ O ] 0,1998 0,1998 V V 0,05 x 0,1998 V V 0,1998 0,05x 0, ,099 0,5 (x 0,1998) x 0,59 mol de O alcula la masa correspodiete a la catidad de etaol aterior: M( O ) 1,01 1, ,00 46,068 g mol 1 m 0,59mol de O O 46,068 g de O 1 mol de O 16,6 g de O c) alla la catidad total de moléculas de los cuatro compuestos e el equilibrio: T 0,0500 (0,594 0,1998) ,1998 0,6091 mol alcula la fracció molar de cada uo de los cuatro compuestos presetes e el equilibrio dividiedo la catidad de equilibrio de cada ua etre la catidad total: OO 0,0500 mol OO 0,1998 mol 0, 08 0,8 OO OO 0,6091 mol 0,6091 mol T O (0,594 0,1998) mol O 0,1998 mol 0,6 0,8 O O 0,6091 mol 0,6091 mol T T T 10 Aplicacioes de la química orgáica 96

298 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia ) Describe la estructura molecular de los alcoholes, los métodos de obteció, sus propiedades e importacia. Estructura molecular Los alcoholes so compuestos orgáicos que cotiee uo o más grupos hidroxilo (O) uidos directamete a átomos de carboo. El resto de los elaces so co hidrógeos. De forma geeral su estructura se represeta: RO. El hidroxilo O es el grupo fucioal de los alcoholes y, por tato, el resposable de sus propiedades físico-químicas. Se puede presetar e cualquier posició de la cadea carboada, dado lugar a los alcoholes primarios (termial), secudarios o terciarios. Propiedades Debido a la electroegatividad del oxígeo, el elace O es polar, por lo que tato los alcoholes como los feoles puede formar elace de hidrógeo itermolecular. Esto ifluye e sus propiedades de la siguiete forma: Tiee putos de fusió y ebullició elevados co respecto a alcaos de la misma masa molecular. Los alcoholes de baja masa molecular preseta ua alta solubilidad e agua. uado aumeta el úmero de átomos de carboo de la cadea, tambié aumeta la parte hidrófoba y dismiuye la solubilidad del alcohol. So ácidos débiles e disolució acuosa. Métodos de obteció Los pricipales métodos de obteció de alcoholes so: idratació de alqueos. idrólisis de halogeuros de alquilo. Reducció de compuestos carboílicos. Mediate reactivos de Grigard. Importacia Los alcoholes so compuestos que cueta co umerosas aplicacioes. Por ejemplo: El etao-1,-diol (etileglicol) se usa como aticogelate. El metaol se emplea como disolvete, como materia prima para la sítesis de metaal o del metil terc-butil éter y como combustible e motores de explosió. El etaol se utiliza como compoete de u botiquí o de las bebidas alcohólicas. Describe la estructura molecular de los ésteres, su obteció. Po algú ejemplo de iterés idustrial. Estructura molecular Los ésteres costituye u grupo de derivados de los ácidos carboxílicos. El hidrógeo del grupo carboxilo OO se sustituye por u radical orgáico (OOR'). El grupo fucioal éster (OO) es el que les cofiere sus características especiales. E geeral se represeta como ROOR'. Métodos de obteció Los ésteres se forma mediate u proceso deomiado esterificació, etre u ácido carboxílico y u alcohol. Durate la reacció, aparte del éster se produce agua, procedete del O del ácido y el del alcohol. Ejemplo de iterés idustrial Etre los más destacados a ivel idustrial está el polietiletereftalato de metilo, coocido e forma de fibra por dacró y e forma de plástico como PET. Es u polímero muy usado e evases de bebidas y e textiles. Escribe la fórmula y el ombre de u compuesto que se ajuste a las siguietes codicioes: a) U alcohol primario de cuatro carboos coteiedo átomos co hibridació sp. b) U ácido carboxílico de tres carboos que o cotega carboos co hibridació sp. 10 Aplicacioes de la química orgáica 97

299 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) but--e-1-ol O b) ácido propeoico OO ATIVIDAD (págia 4) 6. E codicioes adecuadas, el 1,1,,-tetrafluoroeteo se polimeriza dado politetrafluoroetileo (tefló), u polímero muy usado como revestimieto atiadherete para utesilios de cocia. a) Formula la reacció de polimerizació. b) Razoa si es u homopolímero o u copolímero. c) Las propiedades físicas del polímero se debe sobre todo al elevado porcetaje de flúor que cotiee el moómero, cuál es el porcetaje e masa del flúor? a) La reacció de polimerizació es la siguiete: F F [F F ] b) Es u homopolímero formado por la uió de moómeros iguales. El moómero que se repite es el tetrafluoroeteo. c) alla la masa molar del tetrafluoroetao, F 4: La parte que correspode al fluor es: M( F 4) 1,01 19, ,04 g mol 1 M(de F) 19, ,00 g mol 1 Por tato, cada 100,0 g de F 4 cotiee 76 g de flúor. El porcetaje e masa que tiee de flúor es: % m(f) 76 g de F 100,0 g de F ,95% 76 % ATIVIDADES (págia 48) 7. Las poliamidas, tambié llamadas ailoes, posee ua gra variedad de estructuras. Ua de ellas, el ailo 6,6, se obtiee a partir del ácido hexaodioico y de la 1,6-hexaodiamia siguiedo el esquema que se idica a cotiuació: (ácido hexaodioico) (1,6-hexaodiamia) a) Formula los compuestos que aparece e la reacció. b) Qué tipo de reacció química se da e este proceso? poliamida O c) Qué otro tipo de reacció de obteció de polímeros sitéticos cooces? Po u ejemplo de uo de estos polímeros y mecioa algua aplicació del mismo. a) O O O N N O ácido hexaodioico 1,6-hexaodiamia O N N + O O poliamida (ailo 6,6) agua 10 Aplicacioes de la química orgáica 98

300 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) La reacció que tiee lugar e este proceso es reacció de polimerizació por codesació etre los dos grupos OO del ácido hexaodioico y los dos grupos N de la 1,6-hexaodiamia. La reacció se lleva a cabo por los dos extremos de la cadea, dado lugar a u polímero de codesació, el ailo 6,6. Los úmeros se correspode co el úmero de átomos de carboo que tiee el ácido dicarboxílico y la diamia. c) Además de la reacció aterior, tambié es muy habitual la reacció de polimerizació por adició. U ejemplo de este tipo de reacció es la polimerizació del eteo (etileo) para dar polietileo. 8. ometa la fórmula y propiedades del polímero de codesació basado e el grupo éster que elijas. Se puede cometar cualquier polímero de codesació que geere u grupo éster, como puede ser el polietiletereftalato (PET). Para coseguir la fibra se realiza la polimerizació e ua sola etapa, y para obteer el plástico so ecesarias dos etapas a partir de u polímero e estado sólido. La reacció de polimerizació es: O O O O + O O O O O O + O ácido tereftálico etao-1,-diol polietiletereftalato (PET) agua La estructura simplificada del PET es: O O O El PET como fibra tiee estas propiedades: Nombre comercial: dacró. No se arruga. No tiee tedecia a captar humedad. El PET como plástico se caracteriza por: Nombre comercial: PET. Es u termoplástico. O 9. Idica la estructura de los siguietes polímeros: polietileo y algú tipo de ailo. Propó además las reaccioes de formació de ambos. El polietileo es u homopolímero cuyo moómero es el eteo. Su estructura puede ser de dos tipos: Lieal: polietileo de alta desidad, PE-AD que es duro. Ramificada: polietileo de baja desidad, PE-BD, mucho más flexible debido a la ramificació de sus cadeas. La reacció de formació del polietileo es la siguiete: + + eteo (etileo) polietileo 10 Aplicacioes de la química orgáica 99

301 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El ailo es u polímero que perteece al grupo de las poliamidas. Su estructura es: O N N Se forma mediate la reacció etre ácidos dicarboxílicos y diamias: O N N OO OO pt, atalizadores [N NO O] O diamia diácido poliamida (ailo,1) ATIVIDADES FINALES (págia 57) ompuestos orgáicos secillos Evalúa razoadamete si so ciertas o falsas las siguietes afirmacioes sobre la reactividad de los alcoholes: a) Los alcoholes tiee carácter ácido débil. b) Por deshidratació itramolecular da alqueos e ua reacció de elimiació. c) Los alcoholes o puede ser reactivos e reaccioes de sustitució. d) Los alcoholes primarios se oxida fácilmete, obteiedo u ácido del mismo úmero de átomos de carboo. a) El hidrógeo del grupo hidroxilo, que es el que tiee propiedades ácidas, o preseta tata tedecia a ser cedido como e los ácidos orgáicos, por lo que los alcoholes será ácidos más débiles. La afirmació es verdadera. b) Las reaccioes de elimiació puede perder ua molécula de agua etre dos carboos, siedo uo el que cotiee el grupo hidroxilo. A esta reacció se la deomia deshidratació de alcoholes itramolecular. La afirmació es verdadera. c) Se da reaccioes de sustitució por reacció co haluros de alquilo y otros reactivos orgáicos más específicos. La afirmació es falsa. d) Los alcoholes primarios (termiales) se oxida primero a aldehídos y, si la reacció sigue adelate, termia covirtiédose e ácidos por el mismo carboo que estaba uido al grupo hidroxilo, por lo que el úmero de átomos de carboo de la molécula es el mismo. La afirmació es verdadera. Los alcoholes reaccioa co los ácidos orgáicos, e presecia de catalizadores, formado ésteres: a) Escribe la reacció de esterificació etre el propaol y el ácido etaoico. b) Nombra el éster obteido e idica el grupo fucioal que tiee los ésteres. a) La reacció de codesació o esterificació etre el grupo ácido ( OO) y el grupo alcohol ( O) es la siguiete: OO O atalizadores OO O b) El éster obteido es el etaoato de propilo. El grupo éster es el OO, e el que aparece el carboo que forma parte del grupo carboilo del ácido ( O) uido al oxígeo procedete del alcohol ( O ). 1. ompleta las siguietes reaccioes, co su fórmula. Nombra las sustacias que las itegra e idetifica el tipo de reacció (sustitució, elimiació, etc.) e cada caso. a) 1-bromopropao KO b) ácido acético KMO 4 c) etileo calor a) Se trata de ua reacció de sustitució del halógeo por el grupo hidroxilo: Br KO O KBr 1-bromopropao hidróxido de potasio propa-1-ol bromuro de potasio 10 Aplicacioes de la química orgáica 00

302 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Se trata de ua reacció de oxidació de ácidos para dar dióxido de carboo. El estado de oxidació de todos los carboos cambia a 4 y, depediedo de las codicioes, se obtiee O, O y M (co KMO 4 diluido y caliete) o MO (co KMO 4 e exceso): 5 OO 8 MO O 8 M O ácido acético permagaato hidrógeo(1) dióxido de carboo magaeso() agua (diluido y caliete) OO 8 MO O 8 MO 10 O ácido acético permagaato hidrógeo(1) dióxido dióxido agua (e exceso) de carboo de magaeso c) Se trata de ua reacció de polimerizació del eteo o etileo para dar polietileo (PE), que puede ser de alta desidad (PED) o de baja desidad (PEBD) depediedo de las codicioes de reacció: eteo (etileo) polietileo 1. osidera todos compuestos orgáicos de fórmula 8O. a) Escribe fórmula y ombre de los posibles alcoholes. b) Escribe fórmula y ombre de los isómeros de fució. c) Escribe las reaccioes de deshidratació de los alcoholes del primer apartado, ombrado los productos correspodietes. d) Escribe las reaccioes de oxidació de los alcoholes del primer apartado, ombrado los productos correspodietes. a) propa-1-ol O propa--ol O b) metoxietao o etil metil éter O c) Las reaccioes de deshidratació de los alcoholes del apartado a) so: O O d) Las reaccioes de oxidació de los alcoholes del apartado a) so: O O Kr O7 O propaal Kr O7 O propaoa O propeo agua O propeo agua Kr O7 OO ácido propeoico Kr O7 OO ácido etaoico 14. Las siguietes reaccioes tiee el mismo reactivo, el etaol. Escribe las reaccioes completas ajustadas: a) Deshidratació del etaol co ácido sulfúrico. b) Sustitució del O del etaol por u halogeuro. c) Oxidació del etaol. d) Reacció del etaol co el ácido acético ( OO). SO4 a) O O etaol eteo agua b) O X X O etaol halogeoetao agua 10 Aplicacioes de la química orgáica 01

303 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Kr O7 Kr O7 c) O O OO etaol etaal ácido acético d) O OO OO O etaol ácido acético acetato de etilo agua 15. Dado el peta-1-ol. a) Escribe su fórmula semidesarrollada. b) Escribe la fórmula semidesarrollada de u isómero de posició, otro de cadea y otro de fució. Nombra los compuestos ateriores. c) Formula y ombra el producto de reacció del peta-1-ol y el ácido etaoico, 4O, idicado el tipo de reacció. a) La fórmula semidesarrollada del petaol es: O b) Isómero de posició: peta--ol O Isómero de cadea: Isómero de fució: -metilbuta-1-ol ( ) O etil propil éter o etoxipropao O c) Se trata de ua reacció de esterificació, e la que se obtiee etaoato de petilo: O OO OO O 16. Se ha aalizado u mooalcohol saturado. omo resultado sabemos que cotiee 1,41 % e masa de hidrógeo y que por oxidació da lugar a u aldehído. alcula la fórmula molecular del alcohol y ómbralo. El alcohol debe ser u alcohol primario para que el producto de la oxidació sea u aldehído. Por tato, podría ser: metaol, etaol, 1-propaol, 1-butaol, Al ser saturado, todos los elaces debe ser simples. Por eso, la fórmula molecular geeral de u alcohol co estas características es: O. alcula la masa molar geeral, la masa de hidrógeo que cotiee. ompara las masas co el resultado del porcetaje coocido, 1,41 % e masa de hidrógeo. Masa molar geeral: Masa de hidrógeo: M( O) 1,01 1,008 ( ) 16,00 (14,06 18,016) g mol 1 M( átomos de ) 1,008 ( ) (,016,016) g mol 1 omparació de ambas masas: Resuelve la igualdad: m,016,016 % m 100 1,41% mt 14,0618,016,96 El alcohol buscado es el 1-propaol, ya que su porcetaje e masa e hidrógeo calculado es el que más se aproxima al dato de 1,41 % de hidrógeo que da el euciado. 17. Sea el alcohol O, evalúa si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) El alcohol reaccioa co SO 4 cocetrado para dar dos compuestos isómeros geométricos. b) El alcohol o preseta isomería óptica. 10 Aplicacioes de la química orgáica 0

304 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) El alcohol adicioa para dar. a) El compuesto que se produce e la deshidratació del peta--ol es el pet--eo, que preseta isomería geométrica. La afirmació es verdadera. O SO 4 O peta--ol cis-pet--eo tras-pet--eo b) El peta--ol o tiee u carboo asimétrico y, por tato, o posee isomería óptica. Los carboos 1 y 5 e los extremos tiee sustituyetes iguales ( ). Los carboos y 4 tiee sustituyetes iguales ( ). El carboo, carboo cetral de la cadea, tiee dos sustituyetes iguales ( ). La afirmació es verdadera. c) omo el peta--ol o tiee doble elace, por eso o puede adicioar. La reacció propuesta es de sustitució. La afirmació es falsa. 18. El aálisis de la masa de los productos resultates de la combustió de ua sustacia orgáica oxigeada ha idicado que posee 5,15 % de y 1,04 % de. La desidad e fase gaseosa, a 0 º y 1 atm, es d,056 g L 1. alcula: a) La fórmula empírica y molecular de la sustacia. b) Escribe y ombra dos compuestos distitos co la fórmula molecular que has hallado. a) Si posee 5,15 % de y 1,04 % de, el porcetaje e masa de oxígeo será: %m O (100 5,15 1,04) 4,81 % Sea x yo z la fórmula empírica de la sustacia orgáica. Determia la catidad de cada elemeto e 100 g de compuesto: M() 1,01 g mol 1 1mol de 5,15 g de 1,01 g de 4,4mol de M() 1,008 g mol 1 1mol de 1,04 g de 1,008 g de 1,94 mol de M(O) 16,00 g mol 1 1mol de O O 4,81 g de 16,00 g de O,176 mol de O Divide por el meor para obteer el úmero de átomos de cada elemeto: 4,4 mol x,176 mol 1,94 mol,176 mol 1,996 ; y 5,946 6; z 1,176 mol,176 mol Por tato, la fórmula empírica del compuesto es 6O. A cotiuació calcula la masa molar del compuesto co la ecuació de estado de los gases ideales: m m d RT pv RT pv RT pm RT pm d RT M M V p M g,056 L atm L 0,08 7 K mol K 1 atm g 46,0 mol omo la fórmula molecular del compuesto cotiee veces la fórmula empírica, teemos: 10 Aplicacioes de la química orgáica 0

305 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO M( 6O) 1,01 1, ,00 46,07 g mol 1 M[( O) ] M( O) M[( O) ] M( 6O) 46,0 g mol 0,998 1 g 46,07 mol Por tato, la fórmula molecular del compuesto coicide co su fórmula empírica y es 6O. b) Dos ejemplos de compuestos orgáicos que respode a la fórmula molecular 6O so los mostrados a cotiuació: etaol: O dimetil éter: O 19. El ombre sistemático del amioácido leucia es ácido -amio-4-metilpetaoico. a) Escribe su fórmula semidesarrollada. b) Formula y ombra u compuesto isómero de cadea de la leucia. c) Escribe la reacció de la leucia co el metaol, ombra los posibles productos e idica de qué tipo de reacció se trata. d) E la leucia se sustituye el grupo amio por u grupo alcohol, formula y ombra el compuesto resultate. a) ácido -amio-4-metilpetaoico: OO N b) ácido -amio-,-dimetilbutaoico: OO N c) Se trata de ua reacció de esterificació: ( ) (N )OO O ( ) (N )OO O ácido -amio-4-metilpetaoico metaol -amio-4-metilpetaoato de metilo agua OO d) ácido -hidroxi-4-metilpetaoico: O Biopolímeros 0. La sacarosa es el ombre del azúcar comú, 1 O 11. uado reaccioa co O se forma O y O desprediedo 48,9 kj mol 1 a presió atmosférica. Los pulmoes lleva al orgaismo, e promedio, 6 mol de O e 4 horas. o esta catidad de oxígeo dispoible: a) Qué masa de sacarosa puede reaccioar al día? b) uátos kj se producirá e la combustió? a) Escribe la ecuació de combustió ajustada: 1 O 11 1 O 1 O 11 O alla la masa de sacarosa que puede reaccioar al día usado su masa molar: M( 1 O 11) 1,01 1 1,008 16, ,0 g mol 1 m 6 1 O11 mol de O día 1 mol de 1 O11 1 mol de O 4,0 g de O 1 mol de O g 741,7 día 10 Aplicacioes de la química orgáica 04

306 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) alcula la eergía despredida e la combustió: E 6 mol de O día 1 mol de 1 O11 48,9kJ 1 mol de O 1 mol de 1 O11 kj 756 día 1... De las siguietes afirmacioes solo ua es verdadera. uál es? a) Los ácidos ucleicos so polímeros costituidos por amioácidos. b) E el ADN solo es posible ecotrar cuatro bases itrogeadas, adeia, guaia, citosia y uracilo. c) La estructura tridimesioal de ADN se debe a la formació de elaces de hidrógeo etre los pares de bases AT y G. d) El ARN tiee e su estructura el azúcar desoxirribosa. a) Los ácidos ucleicos so polímeros de ucleótidos. La afirmació es falsa. b) Las bases itrogeadas e el ADN so adeia, guaia, citosia y timia. La afirmació es falsa. c) Los pares de bases e el ADN so adeia (A), que elaza co timia (T), y guaia (G) que elaza co citosia (). La afirmació es verdadera. d) E el ARN el azúcar que iterviee es la ribosa. La afirmació es falsa. La úica afirmació verdadera es la c). Explica si la afirmació siguiete es verdadera o falsa La fermetació es u proceso e el cual azúcares y carbohidratos se trasforma e metaol y dióxido de carboo. La fermetació es u proceso e el cual azúcares y carbohidratos se trasforma e etaol y dióxido de carboo. La afirmació es falsa. Escribe la estructura y el ombre del ácido graso que se forma por reacció de la gliceria co uidades de ácido oleico. E esta reacció se forma el trioleato de glicerilo, cuya estructura es la siguiete: O O O O O O Aplicacioes de la química orgáica 05

307 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 58) 4. Dados los amioácidos: glicia, N OO; y, alaia, (N )OO. Escribe la fórmula semidesarrollada del dipéptido y ombra la estructura resultate utilizado las dos omeclaturas abreviadas. Se forma elace peptídico: Gly-Ala, G-A; o Ala-Gly, A-G. N O O + N O N O O + N O O O glicia (Gly) alaia (Ala) alaia (Ala) glicia (Gly) N O N O N O + O N O + O Gly-Ala (dipéptido) O Ala-Gly (dipéptido) O 5. Qué moosacáridos se obtiee cuado se hidroliza la celulosa? Y el glucógeo? E ambos casos se obtiee el mismo moosacárido: -D-glucosa. Polímeros sitéticos E qué se parece y e qué se diferecia u polipéptido del ailo? Justifica la respuesta. Ambos so poliamidas alifáticas. Se parece e el elace amida que se repite veces; y se diferecia e la estructura de moómeros. Los polipéptidos so estructuras más secillas que las proteías, formados por la repetició de secuecias cortas de amioácidos. Los ailoes so polímeros formados por policodesació de dos moómeros (diácido y diamia). ompleta la reaccioes, co fórmula y ombre, de las sustacias que las itegra e idetifica el tipo de reacció (sustitució, elimiació, etc.): OO( ) 4OO N( ) 6N calor Reacció de codesació etre u ácido y ua amia para formar amidas: O O O N N O ácido hexaodioico 1,6-hexaodiamia O N N + O O poliamida (ailo 6,6) agua 10 Aplicacioes de la química orgáica 06

308 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO El polietileo y el PV so dos polímeros de iterés idustrial. Se utiliza e la fabricació de tuberías, botellas y predas impermeables: a) Formula los moómeros. b) Justifica de qué tipo de polímeros se trata. c) Uo de los dos polímeros del euciado es más cotamiate porque su reacció de combustió cotiee productos peligrosos, de cuál se trata? a) El polietileo tiee como moómero al eteo (etileo):. El PV, policloruro de viilo, tiee como moómero al cloruro de viilo (cloroeteo): l. b) El polietileo y el policloruro de viilo so ambos polímeros de adició, ya que preseta dobles elaces e sus moómeros. Se forma por la adició de uos moómeros a otros vía radicálica. De esa maera queda uidos formado largas cadeas. c) Se trata del PV. Etre los gases geerados durate la combustió del PV se produce cloro, que es ua sustacia cotamiate para el medio ambiete y peligrosa para la salud humaa. La polimerizació del -metilbuta-1,-dieo produce ua sustacia muy elástica y de propiedades muy parecidas a u polímero atural. otesta: a) De qué polímero atural se trata? b) Escribe la reacció de polimerizació del compuesto. c) Justifica de qué tipo de polimerizació se trata. a) Se trata del caucho, que segú estudios químicos está compuesto e ua gra proporció por isopreo (-metilbuta-1,-dieo). b) uado se produce la reacció queda todos los moómeros uidos co u doble elace etre los carboos y, debido a que reaccioa como u dieo. La reacció de polimerizació es la siguiete: p, T catalizadores -metilbuta-1,-dieo poliisopreo (isopreo) c) Se trata de ua polimerizació por adició az correspoder uiedo co flechas e tu cuadero cada polímero co su característica. PV (cloruro de poliviilo) Feileteo (estireo) Polietileo loroeteo Poliestireo odesació Nailo-6,6 (poliamida) Bolsas PV (cloruro de poliviilo) Feileteo (estireo) Polietileo loroeteo Poliestireo odesació Nailo-6,6 (poliamida) Bolsas El cloruro de poliviilo, coocido por las siglas PV, es u polímero del cloruro de viilo (cloroeteo). a) Escribe la fórmula del moómero. b) Escribe u fragmeto de este polímero señalado uo de los moómeros. c) Explica el mecaismo por el que trascurre su polimerizació. a) El moómero es el cloruro de viilo (cloroeteo), cuya fórmula es l. 10 Aplicacioes de la química orgáica 07

309 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) U fragmeto del PV es el siguiete, el moómero está destacado e azul: l l l c) Tiee lugar ua polimerizació por adició, mediate la uió repetida de varias uidades de moómero, si la elimiació de igua molécula (como el O). El polímero PV es el resultado de la reorgaizació de los elaces del moómero cloruro de viilo (cloroeteo). l l l. El ailo 6,6 es ua poliamida que se produce por reacció etre la 1,6-hexaodiamia y el ácido hexaodioico. Formula los moómeros costituyetes y ua uidad esquemática del polímero. La reacció de codesació descrita es: O O O N N O ácido hexaodioico 1,6-hexaodiamia O N N + O O poliamida (ailo 6,6) agua Aplicacioes de la química orgáica. 4. El l se obtiee e la idustria como uo de los subproductos de la preparació de derivados halogeados. Ua de las reaccioes que da lugar a este compuesto es: 6 6(g) l (g) a) Nombra reactivos y productos implicados e la reacció. b) Idica el tipo de reacció. c) Qué sigifica que el l sea u subproducto de reacció? a) La reacció que tiee lugar es: 6 5l(g) l(g) 6 6(g) l (g) 6 5l(g) l(g) beceo cloro molecular clorobeceo cloruro de hidrógeo b) Se trata de ua reacció de sustitució electrófila aromática e u sustrato como el beceo. Se sustituye u hidrógeo del aillo por u cloro, liberádose cloruro de hidrógeo. c) El l es u subproducto porque la sítesis pricipal era la de clorobeceo. El l se obtiee asociado al proceso. Augmetie es el ombre comercial de u medicameto que se utiliza para el tratamieto de ifeccioes bacteriaas. ada comprimido cotiee 500 mg del pricipio activo, la amoxicilia, 16 19N O 5S. Su estructura se puede ver e la figura. O N N O O S N O O 10 Aplicacioes de la química orgáica 08

310 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO a) Idica el ombre de dos grupos fucioales presetes e la molécula de amoxicilia. b) Teiedo e cueta que el tratamieto habitual e u adulto es de u comprimido cada 8 horas durate ua semaa. uátos moles de amoxicilia habrá tomado u adulto durate el tratamieto? a) La molécula de amoxicilia preseta los siguietes grupos fucioales: alcohol (1), amia (1), amida (), sulfuro (1) y ácido carboxílico (1). alcohol amia O N sulfuro N O b) alcula los moles de amoxicilia que toma u adulto durate todo el tratamieto, teiedo e cueta que tomará e total 1 comprimidos de 500 mg cada uo ( comprimidos durate 7 días): M( 16 19N O 5S) 1, , ,01 16,00 5,06 65,4 g mol 1 O amida S N O O ácido carboxílico 1619 NO 5S 0,500 g de N O S comprimidos 1 comprimidos 1mol de 1619 NOS 5 tratamieto 65,4 g de N OS mol 0,09 tratamieto 5. El aálisis elemetal de u fármaco idica que cotiee u 60 % de, 4,44 % de y el resto de O. alcula su fórmula empírica y masa molar sabiedo que 9,0 g de dicho fármaco cotiee, moléculas. Dato: N A 6,0 10 mol 1. Si el fármaco posee 60 % de y 4,44 % de, el porcetaje e masa de oxígeo será: %m O ,44 5,56 % Sea x yo z la fórmula empírica de la sustacia orgáica. Determia la catidad de cada elemeto e 100 g de compuesto: M() 1,01 g mol 1 1mol de 60 g de 1,01 g de 4,996 mol de M() 1,008 g mol 1 1mol de 4,44 g de 1,008 g de 4,405mol de M(O) 16,00 g mol 1 1mol de O O 5,56 g de 16,00 g de O,mol de O Divide por el meor para obteer la proporció de átomos frete al meor de ellos: 4,996 mol x,mol 4,405mol,mol,48,5; y 1,98 ; z 1,mol,mol Los valores de los subídices debe ser todos úmero etero, así que buscamos la proporció a los úmeros eteros más secillos. Teiedo e cueta que: 9 x,5 4 Multiplica los valores por 4 y queda úmeros eteros secillos: x 9; y 8; z 4. Por tato, la fórmula empírica del compuesto es 9 8O Aplicacioes de la química orgáica 09

311 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO alcula la masa molar del compuesto sabiedo que 9,0 g de dicho fármaco cotiee, moléculas: M(fármaco) 9,0 g, moléculas 6,010 moléculas 1mol omo la fórmula molecular del compuesto cotiee veces la fórmula empírica, teemos: g 180 mol M( 9 8O 4) 1,01 9 1, , ,15 g mol 1 M[( O ) ] M( O ) M[( O ) ] M(9 8O 4) 180 gmol 1 180,15 gmol 1 0,999 1 Por tato, la fórmula molecular del compuesto coicide co su fórmula empírica y es 9 8O El petróleo está compuesto por ua mezcla de hidrocarburos, además de otras sustacias que cotiee itrógeo y azufre. a) Idica, justificadamete, los productos posibles de su combustió. b) uáles de estos productos obteidos resulta perjudiciales para el medio ambiete? E cocreto, qué efectos produce e la atmósfera? a) E la combustió de u hidrocarburo (compuesto orgáico formado por átomos de carboo e hidrógeo) se geera dióxido de carboo y agua. Además, el petróleo puede ir acompañado de impurezas que cotega itrógeo y azufre. Por tato, además del dióxido de carboo y del agua, durate la combustió del petróleo se produce tambié óxidos de azufre y óxidos de itrógeo. b) El vapor de agua y el dióxido de carboo so gases que participa e el efecto iveradero, impide la salida de las emisioes ifrarrojas de la superficie terrestre. El efecto iveradero es u feómeo atural (imprescidible para que la vida se dé tal y como la coocemos hoy e día), o es perjudicial para el medio ambiete. El vapor de agua se regula de u modo atural, pues cuado se codesa ya o absorbe la radiació ifrarroja. El exceso de emisioes de O desequilibra el efecto iveradero y colabora e el sobrecaletamieto de la atmósfera y, por tato, del plaeta. Los óxidos de azufre y los óxidos de itrógeo so los pricipales causates de la lluvia ácida (tambié el dióxido de carboo auque e meor medida), al reaccioar co el agua e suspesió de las ubes y ieblas acidificado la mezcla. Los óxidos de itrógeo tambié participa e el efecto iveradero, auque e meor medida que el vapor de agua y el dióxido de carboo. alcula el volume de aire ecesario, medido a 0 º y 1 atm, para quemar completamete la carga de ua bomboa de butao que cotiee 1,5 kg de combustible sabiedo que e el aire hay u 1 % e volume de oxígeo. Dato: R 0,08 atm L K 1 mol 1. Escribe la ecuació química ajustada correspodiete a la combustió del butao: O 8 O 10 O alla la catidad de oxígeo ecesario para reaccioar co 1,5 kg de butao: 1500 g de M( 4 10) 1,01 4 1, ,1 g mol 1 1 mol de ,1 g de mol de O 197,97mol de O mol de 4 10 A cotiuació calcula el volume de oxígeo co la ecuació de estado de los gases ideales: RT pv RT V p atm L 197,97 mol de O 0,08 mol K 1 atm (0 7) K 587,6 L de O Te e cueta que e el aire hay u 1 % e volume de oxígeo, halla el volume de aire ecesario: V (aire) 587,6 L de O 100L de aire L L 1 L de O 10 Aplicacioes de la química orgáica 10

312 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO QUÍMIA EN TU VIDA (págia 60) uáto tiempo colleva de media la fase clíica? Y la preclíica? omo podemos ver e la figura, la fase clíica tiee ua duració media de seis años. La fase preclíica colleva uos cuatro años. Qué implicacioes puede teer este proceso ta largo a la hora de aprobar u medicameto? Este proceso ta largo tiee la vetaja de que se asegura la seguridad del fármaco e los seres humaos, ya que se realiza diversas pruebas y esayos para comprobar los distitos parámetros ivolucrados: eficacia, posología, efectos adversos, etc. Si embargo, ua cosecuecia egativa es que hay ocasioes e las que muchos efermos o se beeficia de u fármaco que se prevé seguro y eficaz, porque todavía queda alguos años para su aprobació defiitiva. La úica forma que tedría de acceder al fármaco sería participar e los esayos clíicos, y esta o es siempre ua vía accesible, ya que depede del hospital de tratamieto, lugar de residecia, etc. E cualquier caso, sí que sería beeficioso itetar reducir este tiempo ta prologado, optimizado al máximo los recursos dispoibles. Ivestiga cuál es el objetivo de cada fase a la hora de sitetizar u uevo medicameto, y las etapas e la que se subdivide a su vez cada ua de ellas. Fase preclíica Objetivo: predecir cómo actúa el cadidato a fármaco sobre el orgaismo y viceversa, y determiar si el cadidato a fármaco puede etrañar posibles riesgos para la salud o efectos secudarios tóxicos. Los estudios preclíicos se realiza e u cotexto cietíficamete cotrolado, utilizado cultivos celulares y aimales como modelos. Fase clíica Objetivo: determiar la seguridad, la posología, la eficacia, las reaccioes adversas y los efectos secudarios a largo plazo del medicameto uevo. Los esayos clíicos se lleva a cabo e seres humaos y se realiza siguiedo ormas armoizadas iteracioales. La fase clíica se divide a su vez e estas etapas: Fase I: evaluar la seguridad, la tolerabilidad y la posología segura del fármaco. El grupo experimetal suele oscilar etre 0 y 50 volutarios, 100 a lo máximo. Normalmete so volutarios saos que o tiee la efermedad. Fase II: determiar la eficacia y la seguridad del uevo fármaco. Se ivestiga e u grupo más amplio de pacietes volutarios, ormalmete etre 100 y 00 persoas. Fase III: cofirmar la eficacia del uevo fármaco y compararla co el placebo u otros tratamietos ya comercializados. Se estudia a cietos o miles de pacietes volutarios. Aprobació Objetivo: vigilar la seguridad y la eficacia del fármaco cuado se utiliza ya e u cotexto médico ormal. Se estudia ua població de pacietes que podría llegar a varios milloes. Se trata de la fase IV. Al estudiar poblacioes más amplias y diversas, e ocasioes se descubre reaccioes adversas, que o se observaro e fases ateriores. Si se descubre ua reacció adversa, es probable que se retire el fármaco del mercado. La empresa promotora puede retirar volutariamete el fármaco o u orgaismo regulador puede retirarlo del mercado. Se debe llevar a cabo uevos estudios para evaluar la posibilidad de volver a icorporar el fármaco al mercado. Debate co tus compañeros sobre el volutariado, remuerado o o, e los estudios e la fase clíica. Respuesta abierta e la que se debe cotemplar aspectos como el riesgo para la salud del volutario, resposabilidad e caso de secuelas Aplicacioes de la química orgáica 11

313 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 10 Aplicacioes de la química orgáica 1

314 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Aexos I Formulació iorgáica 1

315 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO I Formulació iorgáica 14

316 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Formulació iorgáica I ATIVIDADES (págia 66) 1. Nombra los siguietes compuestos: a) Ol b) Ni Se c) SrO d) PbBr e) Na f) N O g) Rb O h) ul i) ao j) K O a) dicloruro de oxigeo b) triseleiuro de diíquel / teleiuro de íquel(iii) c) moóxido de estrocio / óxido de estrocio d) dibromuro de plomo / bromuro de plomo(ii) e) hidruro de sodio f) moóxido de diitrógeo / óxido de itrógeo(i) g) dióxido de dirrubidio / peróxido de rubidio h) dicloruro de cobre / cloruro de cobre(ii) i) dióxido de calcio / peróxido de calcio j) dióxido de dipotasio / peróxido de potasio. Formula los siguietes compuestos: a) óxido de cic b) sulfuro de cromo(ii) c) óxido de calcio d) moóxido de hierro e) peróxido de bario f) dióxido de azufre g) óxido de vaadio(v) h) sulfuro de hidrógeo i) peróxido de litio j) óxido de cobalto(iii) a) ZO b) rs c) ao d) FeO e) BaO f) SO g) V O 5 h) S i) Li O j) o O ATIVIDADES (págia 69). Nombra los siguietes compuestos: a) lo b) Sc(O) c) lo d) PO e) AgO f) BO g) Pb(lO ) 4 a) ácido cloroso b) trihidróxido de escadio / hidróxido de escadio c) ácido hipocloroso d) ácido fosforoso e) moohidróxido de plata / hidróxido de plata f) ácido bórico g) clorato de plomo(iv) I Formulació iorgáica 15

317 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO h) Z(NO ) i) K r O 7 j) Na SO 4 h) itrito de cic i) dicromato de potasio j) sulfato de sodio 4. Formula los siguietes compuestos: a) perclorato de magesio b) hidróxido de cic c) hidróxido de estrocio d) ácido bórico e) ácido fosfórico f) permagaato de bario g) hidróxido de hierro(ii) h) carboato de sodio i) ácido itroso j) itrato de plata a) Mg(lO 4) b) Z(O) c) Sr(O) d) BO e) PO 4 f) Ba(MO 4) g) Fe(O) h) Na O i) NO j) AgNO ATIVIDAD (págia 70) 5. Formula o ombra los siguietes compuestos: a) hidrogeofosfato de calcio b) Na PO 4 c) hidrogeosulfito de cic d) a(o ) e) hidrogeocarboato de cadmio f) Mg(SO 4) g) dihidrogeoborato de hierro(ii) h) NaO a) apo 4 b) dihidrogeofosfato de sodio c) Z(SO ) d) hidrogeocarboato de calcio e) d(o ) f) hidrogeosulfato de magesio g) Fe( BO ) h) hidrogeocarboato de sodio ATIVIDADES FINALES (págia 7) Nomeclatura 6. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) Pl b) Fe(O) c) Sr(O) d) SO e) Al (SO 4) f) SO g) PO 4 h) Fe(SO 4) i) PbO a) tricloruro de fósforo / cloruro de fósforo(iii) b) dihidróxido de hierro / hidróxido de hierro(ii) c) dihidróxido de estrocio / hidróxido de estrocio d) dióxido de azufre / óxido de azufre((iv) e) sulfato de alumiio f) ácido sulfuroso g) ácido fosfórico h) hidrogeosulfato de hierro(ii) i) dióxido de plomo / óxido de plomo(iv) I Formulació iorgáica 16

318 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO j) N O 5 k) Fe(NO ) l) s j) petaóxido de diitrógeo / óxido de itrógeo(v) k) itrato de hierro(iii) l) hidruro de cesio 7. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) KMO 4 b) gs c) NaSO 4 d) Ag O e) NaO f) Ar g) Ni(O) h) Fe S i) a(o) j) N 4l k) Na O l) lo 4 a) permagaato de potasio b) sulfuro de mercurio / sulfuro de mercurio(ii) c) hidrogeosulfato de sodio d) moóxido de diplata / óxido de plata e) hidrogeocarboato de sodio f) argó g) dihidróxido de íquel / hidróxido de íquel(ii) h) trisulfuro de dihierro / sulfuro de hierro(iii) i) dihidróxido de calcio / hidróxido de calcio j) moocloruro de amoio / cloruro de amoio k) dióxido de disodio / peróxido de sodio l) ácido perclórico 8. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) P b) gso c) Si 4 d) As O 5 e) B O f) ao g) As O h) NO i) BrO j) IO k) o(o) l) 4P O 7 a) trihidruro de fósforo / fosfao b) sulfito de mercurio(ii) c) tetrahidruro de silicio / silao d) petaóxido de diarséico / óxido de arséico(v) e) trióxido de diboro / óxido de boro f) moóxido de calcio / óxido de calcio g) trióxido de diarséico / óxido de arséico(iii) h) itrato i) ácido brómico j) ácido yódico k) trihidróxido de cobalto / hidróxido de cobalto(iii) l) ácido difosfórico 9. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) O b) O c) S(IO ) d) gl e) Au O f) Be g) V O 5 h) BeO a) hidrogeocarboato b) dióxido de dihidrógeo / peróxido de hidrógeo c) yodato de estaño(ii) d) dicloruro de mercurio / cloruro de mercurio(ii) e) trióxido de dioro / óxido de oro(iii) f) dihidruro de berilio / hidruro de berilio g) petaóxido de divaadio / óxido de vaadio(v) h) moóxido de berilio / óxido de berilio I Formulació iorgáica 17

319 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO i) Pt(O) j) Ag AsO 4 k) S(O) l) Ba (PO 4) i) dihidróxido de platio / óxido de platio(ii) j) arseiato de plata k) dihidróxido de estaño / hidróxido de estaño(ii) l) fosfato de bario 10. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) ro b) a c) P O 5 d) O e) g(io ) f) Ag ro 4 g) S h) g(no ) i) N 4IO 4 j) NalO 4 k) PbSO 4 l) SeO a) trióxido de cromo / óxido de cromo(vi) b) dihidruro de calcio / hidruro de calcio c) petaóxido de difósforo / óxido de fósforo(v) d) carboato e) yodito de mercurio(ii) f) cromato de plata g) sulfuro de hidrógeo / ácido sulfhídrico h) itrito de mercurio(ii) i) peryodato de amoio j) perclorato de sodio k) sulfato de plomo l) ácido seleioso 11. Nombra las siguietes sustacias dadas por su fórmula: a) Sc S b) Bi O c) r O d) I 4 e) SrO f) WO g) Ba(MO 4) h) NaIO a) trisulfuro de diescadio / sulfuro de escadio b) trióxido de dibismuto / óxido de bismuto(iii) c) trióxido de dicromo / óxido de cromo(iii) d) tetracloruro de carboo / cloruro de carboo(iv) e) dióxido de estrocio / peróxido de estrocio f) trióxido de wolframio / óxido de wolframio(iii) g) permagaato de bario h) hipoclorito de sodio Formulació 1. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) tetracloruro de estaño b) hidrogeocarboato de potasio c) cromato de cobre(ii) d) hidrogeosulfuro de bario e) hidróxido de alumiio f) óxido de plata g) hidróxido de cic h) bromato de calcio i) hidruro de berilio j) itrito de plata a) Sl 4 b) KO c) uro 4 d) Ba(S) e) Al(O) f) Ag O g) Z(O) h) abro i) Be j) AgNO I Formulació iorgáica 18

320 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) perbromato de hierro(ii) b) petasulfuro de diarséico c) sulfuro de arséico(v) d) moóxido de íquel e) petaóxido de difósforo f) bromuro de litio g) óxido de íquel(ii) h) ácido sulfuroso i) óxido de fósforo(v) j) ácido yodoso a) Fe(BrO 4) b) As S 5 c) As S 5 d) NiO e) P O 5 f) LiBr g) NiO h) SO i) P O 5 j) IO 14. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) disulfuro de carboo b) sulfuro de carboo(iv) c) seleiuro de hidrógeo d) hidrogeosulfato de sodio e) dihidrogeofosfato de calcio f) clorito de sodio g) arsao h) yodato de potasio i) ácido fosforoso j) sulfato de plata a) S b) S c) S d) NaSO 4 e) a( PO 4) f) NalO g) As h) KIO i) PO j) Ag SO Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) magaato de potasio b) hidrogeosulfato de hierro(ii) c) tricloruro de bismuto d) carboato de bario e) peróxido de potasio f) sulfuro de cic g) sulfito de sodio h) ácido cloroso i) peróxido de sodio j) óxido de cobre(ii) a) K MO 4 b) Fe(SO 4) c) Bil d) BaO e) K O f) ZS g) Na SO h) lo i) Na O j) uo 16. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) perclorato de potasio b) tetrafluoruro de estaño c) permagaato de litio a) KlO 4 b) SF 4 c) LiMO 4 I Formulació iorgáica 19

321 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO d) permagaato de sodio e) tetrabromuro de carboo f) cloruro de amoio g) itrato de hierro(ii) h) itrato de rubidio i) itrato de cic j) cloruro de hierro(ii) d) NaMO 4 e) Br 4 f) N 4l g) Fe(NO ) h) RbNO i) Z(NO ) j) Fel 17. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) clorato de cobalto(iii) b) fosfato de íquel(ii) c) hidróxido de paladio(ii) d) hidróxido de magesio e) hidróxido de plomo(iv) f) dióxido de titaio g) amoiaco h) ácido perclórico i) sulfuro de cadmio j) óxido de cromo(iii) a) o(lo ) b) Ni (PO 4) c) Pd(O) d) Mg(O) e) Pb(O) 4 f) TiO g) N h) lo 4 i) ds j) r O 18. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) hidróxido de hierro(lll) b) carboato de rubidio c) itrato de magesio d) hidruro de íquel(iii) e) óxido de molibdeo(iv) f) ácido crómico g) sulfito de hierro(ii) h) ácido bromoso i) sulfato de hierro(iii) j) cromato de hierro(iii) a) Fe(O) b) Rb O c) Mg(NO ) d) Ni e) MbO f) ro 4 g) FeSO h) BrO i) Fe (SO 4) j) Fe (ro 4) 19. Formula las siguietes sustacias dadas por su ombre: a) trihidruro de íquel b) sulfuro de plomo(iv) c) óxido de arséico(v) d) dihidróxido de hierro e) carboato de calcio f) itrato de amoio g) disulfuro de plomo h) cromato de potasio a) Ni b) PbS c) As O 5 d) Fe(O) e) ao f) N 4NO g) PbS h) K ro 4 I Formulació iorgáica 0

322 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Formulació orgáica II ATIVIDAD (págia 77) 1. Formula e tu cuadero los siguietes compuestos: a),5,6-trimetiloao a) b),,5-trimetilheptao b) c) 4,4-dimetilhex-1-eo c) d) -metilhex--eo d) ATIVIDADES (págia 78). Nombra e tu cuadero los siguietes compuestos: a) ( ) b) c) a) -metilpet-1-eo b) hept--e-1,6-diio c) pet-1-eo. Formula e tu cuadero los siguietes compuestos: a) pet--io b) -etiilhepta-,4-dieo d) -metilbut--eo a) b) c) ATIVIDAD (págia 79) 4. Formula e tu cuadero los siguietes compuestos químicos: a) ciclopetao a) b) ciclohexao b) II Formulació orgáica 1

323 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) ciclopeteo c) d) ciclohex-1-e-4-io d) ATIVIDAD (págia 80) 5. Formula e tu cuadero los siguietes hidrocarburos aromáticos: a) m-etilmetilbeceo a) b) o-dimetilbeceo b) c) aftaleo c) d) tolueo d) ATIVIDAD (págia 8) 6. Formula o ombra e tu cuadero los siguietes compuestos químicos: a) metilpropa-1-ol b) o-metilfeol c) l O d) O a) O( ) b) O c) -cloroetaol d) -feilpropa-1-ol ATIVIDAD (págia 8) 7. Formula o ombra e tu cuadero los siguietes compuestos químicos: a) etil metil éter b) etoxibeceo a) O b) O c) O d) O c) etoxipropao / etil propil éter d) etoxiciclobutao / etil ciclobutil éter II Formulació orgáica

324 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDAD (págia 84) 8. Formula o ombra e tu cuadero los siguietes compuestos químicos: a) 5-metilhex-5-e-,4-dioa a) O O( ) b) -metilpet-4-eal b) ( ) O c) -metilbutaal c) ( )O d) ( ) O d),-dimetilbutaal e) O e) peta--oa / dietil cetoa f) O f) pet--eal ATIVIDAD (págia 85) 9. Formula o ombra e tu cuadero los siguietes compuestos químicos: a) ácido,-dimetilpetaodioico b) ácido -bromo--clorobutaoico c) OOO a) OO ( )( )OO b) lbroo c) ácido pet--4-dieperoxoico d) OO d) ácido -etilbutaoico ATIVIDAD (págia 87) 10. Formula o ombra e tu cuadero los siguietes compuestos orgáicos: a) N( ) a) trimetilamia / N,N-dimetilmetaamia b) itrobeceo b) NO c) N d) etaamida e) ON c) etil metil amia / N-metiletaamia d) ON e) metaamida ATIVIDADES FINALES (págia 91) Nomeclatura 11. Nombra los siguietes compuestos: a) a) -metilbut-1-eo b) O c) d) e) N b) dietil éter / etoxietao c) metilbutao d) pet--io e) hexaamia II Formulació orgáica

325 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO f) O g) O h) OO f) dimetil cetoa / propaoa g) etaol h) etaoato de etilo / acetato de etilo 1. Nombra los siguietes compuestos: a) OO b) l c) d) O( ) 4 e) O f) OO a) ácido butaoico b) 1,1-dicloroetao c) etio d) petil metil cetoa / hepta--oa e) propa--ol f) ácido bezoico / ácido beceocarboxílico g) g),,5-trimetilhexao h) l h) 1-cloropropeo 1. Nombra los siguietes compuestos: a) O b) O c) O d) e) N f) O g) ON h) a),5-dimetilhexa--oa / isobutil isopropil cetoa b) butaoa / etil metil cetoa c) eteol d) eteo e) etil metil amia / N-metiletaamia f) pet--e--oa / metil prop-1-eil cetoa g) propaamida h) oa-,6-die-4-io 14. Nombra los siguietes compuestos: a) O b) OO c) OO d) O O O e) N f) OO g) O h) OO a) petaal b) ácido etaoico / ácido acético c) ácido hexa-,5-dieoico d) 4,4-dihidroxipetaal e) dietil amia / N-etiletaamia f) -metilpropaoato de etilo g) peta-,4-dieal h) ácido but--ioico II Formulació orgáica 4

326 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 15. Nombra los siguietes compuestos: a) OO b) OON c) O a) butaodioa b) -hidroxibutaamida c) 4-metilhex-5-i--oa d) N e) l f) N d) propaamia e) 5-clorohept--eo-1,6-diio f) -metilbutaoitrilo g) OO h) g) -hidroxibutaoa h) peta-1,4-dieo 16. Nombra los siguietes compuestos: a) O b) O a) dimetil éter / metoximetao b) -metilbuta--oa / isopropil metil cetoa c) OO d) OO e) O O f) N g) O h) O c) ácido -metilpropaoico d) etaoato de metilo / acetato de metilo e) hidroxietaal f) metaamia g) dietil cetoa / peta--oa h) etaal Formulació 17. Formula los siguietes compuestos. a) ácido -metilpropaoico b) etaoato de potasio c) 1,-beceodiol a) ( )OO b) OOK c) O d) aftaleo d) O II Formulació orgáica 5

327 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO e) trifeilamia e) N f) clorobeceo f) l g) ácido -metilpetaoico h) metilamia g) ( )OO h) N 18. Formula los siguietes compuestos. a) ácido propeoico b) butil metil amia c) etil propil éter d) -buteo e) 4-metilhexa-1-ol f) tolueo a) OO b) N c) O d) e) O ( ) f) g),-dimetilbut-1-eo h) propaamida g) ( )( ) h) ON ATIVIDADES FINALES (págia 9) 19. Formula los siguietes compuestos. a) 1-bromo-,-diclorobutao b) -metilhexa-1,5-die--io c) trimetilamia d) butaoato de -metilpropao e) -etil-4,4-dimetilheptao f) N-metil-N-etilpetaamia g) ácido -amiohexaoico h) N-etilbutaamida a) Brl b) ( ) c) N( ) d) OO ( ) e) ( )( ) f) N( ) g) (N ) OO h) NO 0. Formula los siguietes compuestos. a) trietilamia b),-dimetilbutaamida c) but-1-io a) N( ) b) ( ) ON c) II Formulació orgáica 6

328 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO d) tras-but--eo e) peta--oa f) 1,1-difluoro-,-dicloropropao g),5,6-trimetiloao h) difeilcetoa d) e) O f) F l g) ( ) ( )( ) h) O 1. Formula los siguietes compuestos. a) peta--ol b) acetato de etilo c) propa--ol d) pet--eo e) 1-cloro-1,1-difluoroetao f) 5,6-dietil--metildecao g) dietil metil amia h) -metilpropa--ol a) O b) OO c) O d) e) lf f) g) N( ) h) ( )O. Formula los siguietes compuestos. a),4-dimetilhept--eo b) peta-1,-dieo c) etaamia d) buta--ol e) dietilamia f) atraceo a) ( )( ) b) c) N d) O e) N f) g) propio g) h) o-dimetilbeceo h). Formula los siguietes compuestos. a) itrobeceo a) NO b) propaal b) O II Formulació orgáica 7

329 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) metaol d) ácido bezoico c) O d) OO e) but--eo f) ácido metaoico g) propa-1-ol h) petaal e) f) OO g) O h) O 4. Formula los siguietes compuestos. a) etaoato de etilo b),4-dimetilpet-1-io c) metilbeceo a) OO b) ( )( ) c) d) dietilamia e) metilbutaoa f) N-metilacetamida g) petaamia h) propao-1,-diol d) N e) ( )O f) ON g) N h) O O II Formulació orgáica 8

330 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO omplemetos 9

331 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Nombre Símbolo Valor Uidades Masa del electró me 9, kg 5, u arga del electró qe 1, Masa del protó mp 1, kg 1,007 u arga del protó qp 1, Masa del eutró Relació de masa m mp/me 186,15 mp/m 0,9986 1, kg 1,0087 u ostate de Plack h 6, J s Nombre Símbolo Valor Uidades ostate molar odicioes estádar (.E.) R 0, atm L mol 1 K 1 8,145 J mol 1 K 1 p 0,986 9 atm T 0 º Volume molar (1 atm, 0 º),414 L mol 1 Nombre Símbolo Valor Uidades Desidad del agua d 1000,0 g L 1 Desidad de etaol d 79, g L 1 Desidad del aceite de oliva d 89,5 g L 1 Desidad de la gasolia d 79, g L 1 Nombre Símbolo Valor Uidades Velocidad de la luz c0, m s 1 arga elemetal qe 1, ostate de oulomb k 8, N m Permitividad del vacío 0 8, N 1 m Nombre Símbolo Valor Uidades Número de Avogadro NA 1000,0 partículas mol 1 ostate de Rydberg R 79, m 1 ostate de Faraday F 89,5 mol 1 Límites (m) f (z) Nombre Uso Nombre Símbolo Masa 1 u 1, kg , , , , , , , , , , , , , , Radio Televisió Microodas Ifrarrojo Rojo Naraja Amarillo Verde Azul Violeta Ultravioleta Rayos X Rayos Telecomuicacioes Telecomuicacioes Radar, comuicacioes alefacció, astroomía olor visible olor visible olor visible olor visible olor visible olor visible Activador químico Diagóstico médico Diagóstico y terapia atidad de partículas 1 mol 6,01 10 partículas 1 atm Pa Presió 1 bar 10 5 Pa 750,06 mm de g 1 atm 760 mm de g Temperatura 0 º 7,15 K 1 L 1000 cm Volume 1 ml 1 cm 1 m 1000 L Logitud 1 Å 0,1 m m Eergía 1 ev 1, J 1 cal 4,184 J Símbolo Nombre Valor Símbolo Nombre Valor d deci 10 1 da deca 10 1 c ceti 10 h hecta 10 m mili 10 k kilo 10 micro 10 6 M mega 10 6 ao 10 9 G giga 10 9 p pico 10 1 T tera

332 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Soluto Equilibrio de solubilidad Kps (5 º) bromuro de plata AgBr(s) Ag (aq) Br (aq) 5, carboato de calcio ao(s) a (aq) O (aq), cloruro de plata Agl(s) Ag (aq) l (aq) 1, cromato de plomo(ii) PbrO4(s) Pb (aq) ro 4 (aq), fosfato de magesio Mg(PO4)(s) Mg (aq) PO 4 (aq) 1, hidróxido de alumiio Al(O)(s) Al (aq) O (aq) 1, 10 yoduro de plomo(ii) PbI(s) Pb (aq) I (aq) 7, sulfato de bario BaSO4(s) Ba SO 4 (aq) 1, sulfato de calcio aso4(s) a (aq) SO 4 (aq) 9, Ácido Base cojugada Ka IO IO 1, lo lo 1,1 10 F F 6, NO NO 4, OO 65OO 6, OO OO 1, N N 4, O 65O 1, Semirreacció de reducció (medio ácido) E 0 (V) F(g) e F (aq),866 O(g) (aq) e O(g) O(l),075 SO 8 (aq) e SO 4 (aq),01 O(aq) (aq) e O(l) 1,76 MO 4 (aq) 8 (aq) 5 e M (aq) 4 O(l) 1,51 PbO(s) 4 (aq) e Pb (aq) O(l) 1,455 l(g) e l (aq) 1,58 ro 7 (aq) 14 (aq) 6 e r (aq) 7 O(l) 1, MO(s) 4 (aq) e M (aq) O(l) 1, O(g) 4 (aq) 4 e O(l) 1,9 IO (aq) 1 (aq) 10 e I(s) 6 O(l) 1,0 Br(l) e Br (aq) 1,065 NO (aq) 4 (aq) + e NO(g) O(l) 0,956 Ag (aq) e Ag(s) 0,800 Fe (aq) e Fe (aq) 0,771 O(g) (aq) e O(aq) 0,695 u (aq) e u(s) 0,51 u (aq) e u(s) 0,40 SO 4 (aq) 4 (aq) e SO(aq) O(l) 0,17 S(s) (aq) e S(g) 0,14 (aq) e (g) 0,00 Pb (aq) e Pb(s) 0,15 S (aq) e S(s) 0,17 d (aq) e d(s) 0,40 Fe (aq) e Fe(s) 0,440 Z (aq) e Z(s) 0,76 Al (aq) e Al(s) 1,676 Mg (aq) e Mg(s),56 Na (aq) e Na(s),71 a (aq) e a(s),84 K (aq) e K(s),94 Li (aq) e Li(s),040 Base Ácido cojugado Kb N N 4, O O 1, N N4 1, lo lo, 10 7 S S 1, Ácido Fórmula pka fórmico OO,75 acético OO 4,74 cloroacético loo,86 dicloroacético loo 1,0 tricloroacético loo 0,70 Base Fórmula pkb amoiaco N 4,75 metilamia N,8 etilamia N,7 bromoamia BrN 7,61 1

333 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO

334 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO

335 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO e I I Li 4 Be 5 B 6 7 N 8 O 9 F 10 Ne I II III IV IIV II I I II IV IV I II III III 11 Na I 19 K I 7 Rb I 55 s I 87 Fr I 1 Mg II 0 a II 8 Sr II 56 Ba II 88 Ra II 1 Sc III 9 Y III La-Lu Ac-Lr Ti V 4 r 5 M 6 Fe 7 o 8 Ni 9 u 0 Z IV IIV IIIIV IIVII IIIIII IIIII IIIII IIII III III IV IIIII VI II IV Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag d IV IV III VI IIIVII VII IIIVI IIIIV III II 7 f IV 104 Rf 7 Ta V 105 Db 1 Al III 1 Ga III 14 Si 15 P IV IIV IIIVI IIVII I II IV III IV II V I III 4 5 Ge As Se Br IV IVV IIIVI IIVII I III IV V I III I S Sb Te I III IV IIV IIIVI IIVII I IV VI II II III IV V I IV III W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At VI IIIVIIIIVVII IIIVI IIIIV IIIII III IIII IIII IV IIIV IIIV I V IIVI IIVI IIIV II III III I IV IV 106 Sg 107 Bh 108 s 109 Mt 110 Ds 111 Rg Uut 114 Fl 115 Uup 16 S 116 Lv 17 l 117 Uus 18 Ar 6 Kr 54 Xe 86 R 118 Uuo 57 La III 89 Ac III e Pr IV III IV III 90 Th IV 91 Pa IV 60 Nd III 9 U VI IV V III 61 Pm III 9 Np VI IV V III 6 Sm 6 Eu 64 Gd III IIIII IIIII Pu Am VI IVVI IVIII V IIIV III 96 m 65 Tb IV III 97 Bk IV III III III 66 Dy 98 f 67 o III 99 Es III 68 Er III 100 Fm III 69 Tm 70 Yb 71 Lu III IIIII IIIII Md No III IIIII IIIII 10 Lr Li Be B N O F Na Mg Al Si P S l K a Sc Ti V r M Fe o Ni u Z Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag d I S Sb Te I s Ba La Lu f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Fr Ra Ac Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rg 4

336 Direcció de arte: José respo. Proyecto gráfico: Estudio Pep arrió. Fotografía de portada: Leila Médez. Jefa de proyecto: Rosa Marí. oordiació de ilustració: arlos Aguilera. Ilustració: arlos Aguilera, Raúl arreras y Eduardo Leal. Jefe de desarrollo de proyecto: Javier Tejeda. Desarrollo gráfico: Raúl de Adrés, Rosa Barriga, Olga de Dios, Jorge Gómez y Julia Ortega. Direcció técica: Jorge Mira Ferádez. Subdirecció técica: José Luis Verdasco Romero. oordiació técica: Fracisco Moral. orrecció: Ágeles Sa Romá y Nuria del Peso. Documetació y selecció fotográfica: Nieves Marias. Fotografía: Archivo fotográfi o Satillaa 016 by Satillaa Educació, S. L. Aveida de los Artesaos, Tres atos, Madrid Prited i Spai P: 75 ualquier forma de reproducció, distribució, comuicació pública o trasformació de esta obra solo puede ser realizada co la autorizació de sus titulares, salvo excepció prevista por la ley. Diríjase a EDRO (etro Español de Derechos Reprográfi os, si ecesita fotocopiar o escaear algú fragmeto de esta obra.

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