1.- Para cada uno de los siguientes apartados, indique el nombre, símbolo, número atómico y configuración electrónica del elemento de peso atómico más bajo que tenga: a) Un electrón d. b) Dos electrones p. c) Diez electrones d. d) Un orbital s completo. 2.- a) Represente las estructuras de Lewis para cada una de las especies siguientes: SiH 4 BCl 3 CHCl 3 b) Utilice el modelo de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia para predecir la geometría de dichas especies. 3.- Explique razonadamente si son ciertas o no cada una de las siguientes afirmaciones: a) El número de oxidación del cloro en el ClO 3 - es 1. b) Un elemento se reduce cuando su número de oxidación cambia de menos a más negativo. c) Una especie se oxida cuando gana electrones. 4.- Se preparan 100 ml de una disolución de amoniaco, diluyendo con agua 2 ml de amoniaco del 30,0% en peso y de densidad 0,894 g / ml. Calcular: a) La concentración de la disolución diluida. b) El ph de la disolución. Datos: Masas atómicas: N = 14, H = 1. Kb (amoniaco) = 1,8 10-5 5.- Los calores de combustión del metano y el butano son 890 KJ / mol y 2876 KJ / mol, respectivamente. a) Cuando se utilizan como combustibles, cuál generaría más calor para la misma masa de gas, el metano o el butano?. Cuál generaría más calor para el mismo volumen de gas?. b) Calcule la diferencia de calor desprendido al quemar 10 g de cada uno de estos gases, así como la diferencia al quemar 10 litros de cada uno (medidos a 0ºC y 1 atm). Masas atómicas: C = 12; H = 1.
Solución 1. a) Será el primer metal de transición del primer periodo en que éstos están, es decir, del cuarto: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 Z = 21. Es el escandio: Sc. b) Será el primer carbonoideo, esto es, el del periodo 2: 1s 2 2s 2 2p 2 Z = 6. Es el carbono: C. c) Será el último metal de transición del periodo 4, que es el primer periodo en el que aparecen estos metales: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 Z = 30. Es el zinc: Zn. d) Será el primer gas noble, pues tiene su última capa completa, y pertenece al periodo 1: 1s 2 Z = 2. Es el helio: He. 2. a) Las estructuras de Lewis representan los electrones de la capa de valencia de los átomos, y dan el número de enlaces covalentes formados. Si: carbonoideo: ns 2 np 2 : 4 electrones de valencia. H: 1s 1 : 1 electrón de valencia H H : Si : H H
B: boroideo: ns 2 np 1 : 3 electrones de valencia. Cl: halógeno: ns 2 np 5 : 7 electrones de valencia. : Cl : : Cl : B : Cl : C: carbonoideo: ns 2 np 2 : 4 electrones de valencia. H: 1s 1 : 1 electrón de valencia. Cl: halógeno: ns 2 np 5 : 7 electrones de valencia. : Cl : : Cl : C : Cl : H b) Según esta teoría, la geometría se explica en términos de repulsión entre pares de electrones. SiH 4 : molécula con un átomo central sin pares de electrones libres, y con 4 átomos alrededor. Será un tetraedro regular. Molécula apolar. BCl 3 : molécula con un átomo central sin pares de electrones libres, y con 3 átomos en los alrededores. Su geometría será plana trigonal. Molécula apolar. CHCl 3 : molécula con un átomo central sin pares de electrones libres, y rodeado de 4 átomos. Será un tetraedro regular. Molécula polar. 3. a) Falsa. En el ión dado, que es el clorato, el cloro tiene número de oxidación +5. En todos los iones derivados de un oxácido los halógenos tienen número de oxidación positivo. b) Verdadero. En una reducción se produce una ganancia de electrones, luego una especie con número de oxidación negativo, si gana electrones, pasará a tenerlo aún más negativo.
Por ejemplo: P 3- + 2 e - P 5- c) Falsa. Una oxidación es una semirreacción en la que se pierden electrones, luego una especie que se oxide perderá electrones. 4. a) La disolución del amoníaco es el hidróxido de amonio, que es una base débil, disociada parcialmente. Con la densidad y la riqueza, se calcula la masa real de soluto presente en la disolución, y a partir de ella y con su masa atómica, su molaridad y normalidad: Masa de NH 4 OH = 894 g / L (30 / 100) = 268,2 g/l M = 268,2 / 35 = 7,66 mol/l N = M valencia = 7,66 eq/l A partir de esta disolución, cuya concentración se acaba de hallar, conociendo el volumen tomado y el volumen final al que se llega, se determina la concentración de la disolución final: (N V) c = (N V) d 7,66 2 = Nd 100 De donde se tiene: Nd = 0,15 eq/l b) Se denomina x a la concentración de base disociada, y por tanto, de iones liberados: NH 4 OH Ö NH 4 + + OH - [ ]inicial 0,15 -- -- [ ]equilibrio 0,15 x x x
La expresión de la constante de equilibrio es la siguiente: Kb = ([OH - ] [NH 4 + ]) / [NH 4 OH] Luego sustituyendo las concentraciones en el equilibrio por sus valores correspondientes, se tiene: Kb = x 2 / (0,15 x) 1,8 10-5 = x 2 / (0,15 x) De donde: x = 1,63 10-3 M Por lo tanto, en el equilibrio, se tiene: [OH - ] = [NH 4 + ] = 1,63 10-3 M Como se tiene una disolución básica, se define: poh = -log [OH - ] poh = 2,78 Y como, por el producto iónico del agua se relacionan ph y poh, se calcula: ph = 14 poh ph = 11,2 5. a) Se escriben, en primer lugar, las reacciones de combustión de ambos gases, y se ajustan: CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O C 4 H 10 + 13/2 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O Por los valores de los calores de combustión, se conoce el calor generado al quemar 1 mol de cada sustancia, y con las masas moleculares se puede conocer la masa de 1 mol en cada caso, y así: 1 mol CH 4 = 16 g 890 KJ 1 mol C 4 H 10 = 58 g 2876 KJ
Luego se determina, por ejemplo, el calor desprendido al quemar 58 g de metano, y se comparar con los 2876 KJ correspondientes a la misma masa de butano: Hc CH 4 = -890 / 16 = -55,62 kj/g Hc C 4 H 10 = -2876 / 58 = -49,58 kj/g Es decir, genera más calor la misma masa de metano que de butano cuando se queman. En cuanto al volumen, se procede de igual manera: 1 mol CH 4 = 22,4 L 890 KJ 1 mol C 4 H 10 = 22,4 L 2876 KJ Hc CH 4 = -890 / 22,4 = -39,73 kj/l Hc C 4 H 10 = -2876 / 58 = -128,39 kj/l Luego directamente se tiene que se desprende más calor al quemar el mismo volumen de butano que de metano. b) Si se queman 10 g de cada gas: Hc (10 g de CH 4 ) = (-890) (10 / 16) = - 556,25 KJ Hc (10 g de C 4 H 10 ) = (-2876) (10 / 58) = - 495,86 KJ La diferencia de calor en valor absoluto será: 556,25 495,86 = 60,4 KJ Y si se queman 10 L de cada gas en condiciones normales: Hc (10 L de CH 4 ) CH 4 = (-890) (10 / 22,4) = - 397,32 KJ Hc (10 L de C 4 H 10 ) = (-2876) (10 / 22,4) = - 1283,92 KJ La diferencia de calor en valor absoluto será: 1283,92 397,32 = 886,6 KJ