SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual

Transcripción

1 SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual Geometría molecular SGUICES043CB33-A16V1

2 Ítem Alternativa Habilidad 1 C Comprensión 2 C Comprensión 3 D ASE 4 A Aplicación 5 D Aplicación 6 E Reconocimiento 7 A Comprensión 8 D Aplicación 9 D ASE 10 A Aplicación 11 C Aplicación 12 D Aplicación 13 D Comprensión 14 B ASE 15 B Comprensión 16 C Aplicación 17 E Comprensión 18 C ASE 19 A Aplicación 20 C ASE 21 D Aplicación 22 C Aplicación 23 B ASE 24 E ASE 25 B Aplicación

3 EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa 1 C En la molécula del gas metano (CH 4 ), el átomo central es el carbono, que presenta 4 pares de electrones enlazantes, unidos a los 4 átomos de hidrógeno, originando una molécula de forma tetraédrica con un ángulo de enlace de 109,5º. 2 C En la molécula del tetracloruro de carbono (CCl 4 ), el átomo central corresponde al elemento carbono, el cual presenta 4 pares de electrones enlazantes, por lo cual la repulsión se establece entre los pares no enlazantes del cloro, originando una molécula de tipo AB 4, cuya geometría molecular es tetraédrica. 3 D La regla del octeto señala que un átomo gana, pierde o comparte electrones, para completar ocho electrones en su capa de valencia (o dos en el caso del H). Se utiliza como una aproximación para comprender los enlaces químicos. Los elementos berilio (Be) y boro (B), que pertenecen a los grupos IIA y IIIA, respectivamente, no alcanzan a completar el octeto. En el caso del Be, al compartir dos pares de electrones con dos átomos de Cl, queda con 4 electrones en su capa más externa (opción I incorrecta).

4 Cabe señalar que BeCl 2 es un compuesto covalente pese a que está formado por un elemento del grupo IIA y uno del VIIA, ya que por ser un átomo pequeño el Be tiene una electronegatividad relativamente alta, de modo que la diferencia entre Be y Cl es: ΔEN = 3,0 1,6 = 1,4 Por su parte, BF 3 presenta tres pares de electrones enlazantes y no hay electrones no enlazantes en B, por lo que este tiene 6 electrones en su capa de valencia (opción II correcta). La molécula de tetrafluoruro de carbono (CF 4 ) sí cumple la regla del octeto, formando una molécula de geometría tetraédrica. 4 A Dado que los iones de los elementos se forman para adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano, las especies Na +, O 2, Cl cumplen con la regla del octeto, adquiriendo configuraciones electrónicas iguales a la del neón, en los dos primeros casos, y el argón, en el tercer caso.

5 Na (Z=11) Na C. E :1s 2s 2 p : Ne O (Z=8) O 2 10 electrones 10 electrones C. E :1s 2s 2 p : Ne Cl (Z= 17) Cl 18 electrones C. E :1s 2s 2 p 3 s 3p : Ar 5 D El nitrógeno pertenece al grupo VA, por lo que tiene 5 electrones de valencia. Para completar el octeto puede compartir 3 pares de electrones con otro átomo de N. Por lo tanto, la molécula de nitrógeno (N 2 ) presenta un enlace triple entre los átomos de nitrógeno, con 3 pares de electrones enlazantes y dos pares de electrones no enlazantes (un par por cada átomo). 6 E La geometría octaédrica corresponde a un tipo de molécula clasificada como AB 6, en la que se verifican 6 pares de electrones enlazantes, como es el caso del SF 6, por ejemplo. 7 A En la estructura de Lewis para el fósforo (grupo VA), el átomo debe estar rodeado de 5 electrones de enlace, esto es: 8 D En el ion hidronio (H 3 O + ), el átomo central (oxígeno) presenta tres pares enlazantes y un par no enlazante, originando una molécula de geometría piramidal trigonal.

6 9 D Las moléculas que presentan geometría angular son SCl 2 y H 2 O (opciones I y III), pues en ellas el átomo central presenta 2 pares de electrones libres, que provocan la repulsión entre los 2 pares enlazantes, formando moléculas angulares. El BF 3 (opción II) presenta geometría trigonal plana, con 3 pares de electrones enlazantes alrededor del átomo central. 10 A El ión nitrito (NO 2 ) presenta 3 pares de electrones enlazantes entre el nitrógeno y los dos átomos de oxígeno. Alrededor del átomo central (N) existe un par de electrones no enlazantes, que provoca la repulsión de los electrones de enlace con los dos átomos de oxígeno. Por lo tanto, la molécula presenta una geometría molecular de tipo angular, con un ángulo de enlace menor que 120 (115 ). 11 C La molécula de amoniaco (NH 3 ), presenta un par

7 libre sobre el átomo de N y tres pares enlazantes (uno con cada átomo de hidrógeno). 12 D En la molécula de trifluoruro de boro (BF 3 ), el átomo central (boro) no presenta pares de electrones libres, haciendo que los pares enlazantes se repelan entre sí en el mayor ángulo posible, esto es, 360 /3 = 120, por lo tanto, la molécula presenta una geometría trigonal plana. 13 D X representa el símbolo del elemento, los puntos, los electrones de valencia (e- del último nivel energético), por lo tanto, X posee 7 e- de valencia y pertenece al grupo VIIA, correspondiente a los halógenos. Dado que ganando un electrón X queda con 8 electrones en su última capa, tenderá a formar aniones de carga -1. No se puede saber su número atómico ni a qué periodo pertenece, pues la estructura de Lewis solo representa los electrones del último nivel. 14 B En la representación de Lewis, cada átomo de F posee 3 pares de e- libres y 1 par enlazante, totalizando 8 e- en su capa de valencia; en tanto que el átomo de B solo posee 3 pares de e- enlazantes, totalizando 6 e- en su capa de valencia. Por lo tanto, la molécula no cumple con la regla del octeto (alternativa B correcta) por déficit de electrones en B (alternativa C incorrecta). Como existen tres pares de electrones alrededor de cada átomo de F, la molécula tiene en total 9 pares de electrones no enlazantes (alternativa D incorrecta). Es una molécula de tipo AB 3, sin pares de electrones libres en el átomo central (B), por lo tanto posee una

8 geometría trigonal plana (alternativa A incorrecta), con ángulos de enlace de 120 (alternativa E incorrecta). 15 B Los átomos ganan o pierden electrones siguiendo la regla del octeto. Así, la representación de Lewis correcta para el anión S 2- es 16 C ya que el azufre, en su estado neutro, presenta 6 electrones de valencia, por lo que el anión S 2, tendrá 8 electrones en su última capa, tal como muestra la figura. Del mismo modo, los aniones cloro Cl y oxígeno O 2 deberían presentar 8 electrones de valencia, pero solo tienen 7 y 6, respectivamente. La molécula de cloro presenta la siguiente estructura de Lewis: 17 E Por lo que se puede concluir, que presenta 6 pares de electrones libres. Un modelo en ciencias es una representación simple de la realidad, que se acepta como válida si permite explicar un fenómeno complejo y concuerda con la evidencia disponible. Dicha validación no implica que el modelo no pueda ser revisado y sometido a modificaciones posteriores de acuerdo al avance del conocimiento científico (alternativa B incorrecta). Un ejemplo de ello son los modelos atómicos. El objetivo de utilizar un modelo no es dar una descripción detallada de un fenómeno sino realizar una simplificación para poder comprenderlo más fácilmente (alternativa A incorrecta). Para ello, se consideran las variables más importantes que pueden incidir sobre un fenómeno, dejando fuera otras menos relevantes, sin sacrificar su aplicabilidad (alternativa D incorrecta). De esta forma se pueden realizar predicciones de forma más simple, considerando solo las variables más importantes. Si el modelo es inexacto, pierde valor predictivo y no será de utilidad (alternativa C incorrecta). 18 C El metano posee una geometría tetraédrica (AB 4 ), en

9 cambio el amoníaco, piramidal trigonal (AB 3 E), generando ángulos distintos. En el amoníaco (NH 3 ), uno de los pares de electrones es un par libre, por lo que la geometría del NH 3 es piramidal con base triangular. Debido a que el par libre repele con más fuerza a los pares enlazantes, los tres pares enlazantes NH se acercan entre sí. 19 A Así, el ángulo HNH en el amoniaco es menor que el ángulo tetraédrico de 109,5. La molécula de dióxido de carbono (CO 2 ) presenta la siguiente estructura de Lewis 20 C Como se aprecia, es una molécula del tipo AB 2, sin pares de electrones libres en el átomo central, por lo cual tiene una geometría lineal con un ángulo de 180. La geometría de la molécula de amoníaco (NH 3 ) es piramidal trigonal (alternativa A incorrecta), ya que presenta en su estructura tres pares de electrones enlazantes (alternativa E incorrecta) y un par de electrones libres alrededor del átomo central (N) (alternativa B incorrecta), lo que provoca una repulsión entre estos y los electrones de enlace, reduciendo el ángulo de enlace en aproximadamente dos grados en comparación con los ángulos de una molécula tetraédrica. Por lo tanto, el ángulo de enlace es inferior a 109,5 y con ello menor que D La molécula no tiene enlaces covalentes coordinados (alternativa D incorrecta). En la molécula de trifluoruro de boro (BF 3 ), el átomo central (boro) no presenta pares de electrones

10 libres, haciendo que los pares enlazantes se separen entre sí en el mayor ángulo posible, esto es, 360 /3 = 120, estructurando una molécula con geometría trigonal plana. 22 C La molécula de agua (H 2 O) está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, que se unen entre sí por medio de dos enlaces covalentes polares (alternativa E incorrecta). Alrededor del átomo central existen dos pares de electrones no enlazantes (alternativa A incorrecta), como se muestra en la siguiente estructura de Lewis: Por lo tanto, presenta una geometría es de tipo angular (alternativa C correcta), con un ángulo de enlace inferior a 109,5 (específicamente de 104,5º) (alternativa D incorrecta). 23 B El hidrógeno (H 2 ) presenta geometría lineal, con un ángulo de enlace de 180. H H El metano es una molécula de tipo AB 4, por lo que presenta geometría tetraédrica y ángulos de enlace de

11 109,5. El caso del amoníaco, se trata de una molécula de tipo AB 3 E, con geometría piramidal trigonal y ángulos de enlace inferiores a 109,5, debido a la repulsión causada por el par de electrones libres. 24 E Al realizar la estructura de Lewis para el CO tenemos: Se observa que el carbono forma un enlace covalente polar triple con el oxígeno, siendo uno de estos un enlace dativo. Como se trata de solo dos elementos enlazados la geometría será lineal. 25 B La estructura del etanal (CH 3 -CHO) es: Si queremos determinar la geometría de los átomos que están alrededor del carbono unido al oxígeno, debemos considerar a ese carbono como átomo central y todo lo demás como átomos enlazantes, por lo tanto, sería equivalente a una molécula de la forma

12 AB 3, sin pares de electrones libres en el átomo central, y tendría una geometría trigonal plana con ángulos de 120.