1A.- Responda a las siguientes cuestiones:
a) Indique el número total de protones, neutrones y electrones que contiene el ion Sr2+ (Z = 38 y A=87).
b) Teniendo en cuenta las configuraciones electrónicas de los elementos: A(Z=16), B(Z=9) y C(Z=8), Justifique cuál de ellos será el menos electronegativo.
c) Razone qué tipo de enlace se producirá cuando se unan A y B, y dé una posible fórmula del compuesto.
d) Nombre o formule los siguientes compuestos: 1) CaCO3 2) KMnO4 3) (NH4)2SO4 4) Yoduro de plomo (IV) - - [tetrayoduro de plomo] 5) Cloruro de cromo (III) - - [tricloruro de cromo]
a) El ion Sr2+ tiene un número atómico (Z) de 38, lo que significa que tiene 38 protones. El número másico (A) es 87, por lo que contiene 87 nucleones en total. Como el ion tiene una carga positiva de +2, significa que ha perdido 2 electrones. En un átomo neutro, el número de protones es igual al número de electrones, pero en un ion con carga, el número de electrones cambia. Por lo tanto, el ion Sr2+ tendrá 38 protones, 87 nucleones (protones + neutrones) y 36 electrones.
b) La electronegatividad de un elemento depende de su afinidad por los electrones. En general, los elementos que tienen una alta afinidad electrónica y una baja energía de ionización tienden a ser más electronegativos. Basándonos en esto, podemos analizar las configuraciones electrónicas de los elementos mencionados:
Elemento A (Z=16): La configuración electrónica del oxígeno es 1s² 2s² 2p⁴. El oxígeno tiene una alta electronegatividad debido a su alta afinidad por los electrones y su baja energía de ionización.
Elemento B (Z=9): La configuración electrónica del flúor es 1s² 2s² 2p⁵. El flúor es altamente electronegativo debido a su alta afinidad por los electrones y su baja energía de ionización.
Elemento C (Z=8): La configuración electrónica del oxígeno es 1s² 2s² 2p⁴. Como mencionamos anteriormente, el oxígeno tiene una alta electronegatividad.
Comparando las configuraciones electrónicas, podemos concluir que el elemento C (oxígeno) será el menos electronegativo de los tres, ya que el flúor y el oxígeno tienen configuraciones electrónicas similares pero el flúor tiene una carga nuclear efectiva mayor. Por lo tanto, el elemento C (oxígeno) será el menos electronegativo.
c) Cuando se unen los elementos A (Z=16) y B (Z=9), se formará un enlace iónico. El elemento A (oxígeno) tiene una alta electronegatividad y tiende a aceptar electrones, mientras que el elemento B (flúor) tiene una baja electronegatividad y tiende a ceder electrones. Esto lleva a la formación de un enlace iónico entre ellos, donde el oxígeno acepta un electrón del flúor.
La fórmula del compuesto formado será A2B, ya que el oxígeno tiende a formar dos enlaces iónicos para alcanzar una configuración estable de octeto.
d)
- CaCO3: Carbonato de calcio
- KMnO4: Permanganato de potasio
- (NH4)2SO4: Sulfato de amonio
- Yoduro de plomo (IV): PbI4 (tetrayoduro de plomo)
- Cloruro de cromo (III): CrCl3 (tricloruro de cromo)
2A.-
a) Nombre o formule los siguientes compuestos:
a.1) CH3-CO-CH3 a.2) CH3-CHF-COOH a.3) Etoxieteno - - [eteniletiléter] a.4) Benzoato de propilo a.5) Butanodial
b) Justifique si alguno de ellos presenta isomería óptica.
c) Formule y nombre dos isómeros de función de fórmula C5H12O. d) ¿Posee el etanol algún isómero de posición? ¿Y el 1- propanol? Justifique su respuesta.
b) Para determinar si alguno de los compuestos presenta isomería óptica, necesitaríamos conocer la disposición espacial de los átomos y grupos en cada compuesto. Sin esta información detallada, no podemos determinar si presentan isomería óptica. La isomería óptica se produce cuando una molécula tiene carbonos asimétricos (carbonos quirales), lo que resulta en la existencia de dos formas enantioméricas que son imágenes especulares no superponibles entre sí.
c) Dos isómeros de función de fórmula C5H12O podrían ser:
- Pentanol: CH3CH2CH2CH2CH2OH
- 2-Metilbutanol: CH3CH(CH3)CH2CH2OH
d) El etanol (CH3CH2OH) no tiene isómeros de posición. Todos los átomos y grupos están conectados de la misma manera.
El 1-propanol (CH3CH2CH2OH) tampoco tiene isómeros de posición. La posición del grupo funcional hidroxilo (-OH) está fija en el extremo de la cadena de propano.
Para resolver este problema, necesitamos utilizar la expresión de la ley de acción de masas y las expresiones para las presiones parciales en función del grado de disociación.
a) Utilizando la ley de acción de masas, podemos establecer la relación entre las presiones parciales de N2O4 y NO2 en el equilibrio. La reacción es N2O4(g) ⇌ 2NO2(g), por lo que la presión parcial de N2O4 será P(N2O4) = 2x y la presión parcial de NO2 será P(NO2) = 4x (ya que se forman dos moles de NO2 por cada mol de N2O4 que se disocia).
Sabemos que la presión total es 2 atm, por lo que podemos escribir la siguiente ecuación:
P(N2O4) + P(NO2) = 2 atm
Sustituyendo las expresiones para las presiones parciales:
2x + 4x = 2 atm
Simplificando la ecuación:
6x = 2 atm
Dividiendo por 6:
x = 2/6 atm
Por lo tanto, la presión parcial de N2O4 es:
P(N2O4) = 2x = 2/6 atm = 1/3 atm
Y la presión parcial de NO2 es:
P(NO2) = 4x = 4/6 atm = 2/3 atm
b) El grado de disociación (α) se define como la fracción de moles de N2O4 que se disocian en el equilibrio. En este caso, tenemos 0,28 moles de N2O4 al inicio, y en el equilibrio se disocia en una proporción de 2x, como se calculó en el inciso a.
Entonces, α = 2x / 0,28
Sustituyendo el valor de x que obtuvimos anteriormente:
α = 2(2/6) / 0,28 = 2/3 / 0,28 = 2.38
Por lo tanto, el grado de disociación del N2O4 a esa temperatura es aproximadamente 2.38.
c) El valor de Kc se puede determinar utilizando las concentraciones molares en el equilibrio. Dado que tenemos la presión parcial en lugar de la concentración molar, necesitamos utilizar la relación entre la presión y la concentración:
Kc = (P(NO2))^2 / P(N2O4)
Sustituyendo los valores de presión parcial que obtuvimos anteriormente:
Kc = ((2/3 atm)^2) / (1/3 atm) = 4/3 atm
El valor de Kc a 50 ºC es 4/3 atm.
El valor de Kp se obtiene a partir de la relación entre Kp y Kc:
Kp = Kc * (RT)^(Δn)
Donde R es la constante de los gases ideales y Δn es el cambio en el número de moles de gas en la reacción. En este caso, Δn = 2 - 1 = 1, ya que hay un cambio neto de un mol de gas en la reacción.
Sustituyendo los valores conocidos:
Kp = (4/3 atm) * (0,082 atm·L·mol^(-1)·K^(-1)) * (323 K)^1
Simplificando:
Kp = (4/3) * (26.666) * (323) = 35,595.999 atm
El valor de Kp a 50 ºC es aproximadamente 35,596 atm.
Para resolver este problema, necesitaremos utilizar las relaciones entre la constante de basicidad (Kb), la concentración de las especies iónicas y el pH de la disolución.
a) El amoniaco (NH3) en disolución acuosa se disocia en iones hidróxido (OH-) y el catión amonio (NH4+). La reacción de disociación se representa como:
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-
Dado que tenemos una disolución acuosa 0,2 M de amoniaco, eso significa que la concentración inicial de NH3 es 0,2 M.
En el equilibrio, habrá una concentración de NH4+ y OH- que se puede representar como [NH4+] y [OH-]. Como la relación estequiométrica entre NH3 y NH4+ es 1:1, tendremos una concentración igual para ambos:
[NH4+] = [OH-]
Para determinar estas concentraciones, necesitamos utilizar la expresión de la constante de basicidad Kb:
Kb = [NH4+][OH-] / [NH3]
Sustituyendo los valores conocidos:
1.8 * 10^(-5) = [NH4+][OH-] / 0.2
Despejando [NH4+][OH-]:
[NH4+][OH-] = 1.8 * 10^(-5) * 0.2
[NH4+][OH-] = 3.6 * 10^(-6)
Dado que [NH4+] = [OH-], podemos llamar a ambas concentraciones "x":
x * x = 3.6 * 10^(-6)
x^2 = 3.6 * 10^(-6)
x = √(3.6 * 10^(-6))
x ≈ 6 * 10^(-4)
Por lo tanto, la concentración de NH4+ y OH- en la disolución es aproximadamente 6 * 10^(-4) M.
b) El grado de disociación (α) se define como la fracción de moles de NH3 que se disocian en el equilibrio. En este caso, la concentración inicial de NH3 es 0,2 M y la concentración en equilibrio de NH4+ (y también de OH-) es 6 * 10^(-4) M. Por lo tanto, la disociación es:
α = (0,2 - 6 * 10^(-4)) / 0,2
α ≈ 0,997
El grado de disociación del amoniaco es aproximadamente 0,997.
c) Para calcular el pH de la disolución, necesitamos tener en cuenta que la concentración de OH- es igual a la concentración de NH4+ en equilibrio, que es de 6 * 10^(-4) M. Para calcular el pOH, podemos utilizar la fórmula:
pOH = -log[OH-]
pOH = -log(6 * 10^(-4))
pOH ≈ 3.22
Dado que el pH + pOH = 14 (en agua a 25 ºC), podemos calcular el pH:
pH = 14 - pOH
pH ≈ 14 - 3.22
pH ≈ 10.78
Por lo tanto, el pH de la disolución es aproximadamente 10.78.
a) Para escribir y ajustar la ecuación iónica correspondiente a la mezcla de las dos disoluciones, debemos considerar la reacción redox que ocurre entre los iones permanganato (MnO4-) y el ion Sn2+ en medio ácido.
La semirreacción del permanganato (MnO4-) en medio ácido se puede representar como:
MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn2+ + 4H2O
La semirreacción del ion Sn2+ en medio ácido se puede representar como:
Sn2+ -> Sn4+ + 2e-
Para igualar el número de electrones en ambas semirreacciones, multiplicaremos la segunda semirreacción por 5:
5Sn2+ -> 5Sn4+ + 10e-
Ahora, podemos sumar ambas semirreacciones:
MnO4- + 8H+ + 5Sn2+ -> Mn2+ + 5Sn4+ + 4H2O
La ecuación iónica ajustada por el método del ión-electrón es:
MnO4- + 8H+ + 5Sn2+ -> Mn2+ + 5Sn4+ + 4H2O
b) Para determinar si alguna de las láminas de cobre (Cu) o plomo (Pb) se disuelve en una disolución ácida, debemos comparar los potenciales de reducción estándar de las reacciones de reducción de los iones Cu2+ y Pb2+ con los potenciales estándar de reducción del hidrógeno (H+/H2).
El potencial estándar de reducción del ion Cu2+ (Eº(Cu2+/Cu)) es +0,34 V y el del ion Pb2+ (Eº(Pb2+/Pb)) es -0,13 V.
Si comparamos estos valores con el potencial estándar de reducción del hidrógeno (Eº(H+/H2)) de 0,00 V, podemos determinar si alguna de las láminas se disolverá.
- Para el cobre (Cu), como su potencial estándar de reducción es más positivo que el del hidrógeno, no se disolverá en una disolución ácida. La reacción sería:
Cu(s) + 2H+ -> Cu2+ + H2
- Para el plomo (Pb), su potencial estándar de reducción es más negativo que el del hidrógeno, lo que indica que el plomo se disolverá en una disolución ácida. La reacción sería:
Pb(s) + 2H+ -> Pb2+ + H2
Por lo tanto, solo la lámina de plomo (Pb) se disolverá en una disolución ácida, mientras que la lámina de cobre (Cu) no se disolverá.
a) Estructuras de Lewis:
- Trifluoruro de nitrógeno (NF3):N/F - N - FF
- Tetrafluoruro de carbono (CF4):F F/ \ /F C = C F\ / \ /F F
b) Geometría de las moléculas:
- NF3: La molécula tiene una geometría piramidal trigonal. El átomo de nitrógeno se encuentra en el centro con tres enlaces N-F, formando un plano triangular, y un par solitario de electrones que ocupa el cuarto vértice de la pirámide.
- CF4: La molécula tiene una geometría tetraédrica. El átomo de carbono se encuentra en el centro con cuatro enlaces C-F que se extienden hacia las esquinas de un tetraedro regular.
c) Polaridad de las moléculas:
- NF3: Aunque los enlaces N-F son polares debido a la diferencia de electronegatividad entre el nitrógeno y el flúor, la molécula en su conjunto es polar debido a la presencia de un par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno. Esto crea una asimetría en la distribución de carga y da lugar a momentos dipolares individuales que no se cancelan entre sí, lo que resulta en una molécula polar.
- CF4: Aunque los enlaces C-F son polares, la disposición tetraédrica de los enlaces y la simetría de la molécula hacen que los momentos dipolares se cancelen entre sí. Como resultado, la molécula de CF4 es apolar.
d) Nombre o fórmula de los compuestos:
- KHSO4: Sulfato ácido de potasio
- MgO2: Dióxido de magnesio
- CaO2: Dióxido de calcio
- Ácido crómico: H2CrO4 (Dihidrogeno(tetraoxidocromato))
- Hidróxido de níquel(II): Ni(OH)2 (Dihidróxido de níquel)
a) Reacciones y tipos de reacción:
- CH3-CH=CH2 + HBr ⟶ CH3-CH(Br)-CH3Adición electrofílica
- CH3-CH2OH + H2SO4 ⟶ CH3-CH2OSO2OHEsterificación
- CH3-COOH + CH3OH ⟶ CH3-COOCH3 + H2OEsterificación
- C4H10 + 6O2 ⟶ 4CO2 + 5H2OCombustión
b) Isómeros geométricos de C4H8:
- Cis-2-butenoCH3-CH=CH-CH3
- Trans-2-butenoCH3-CH=CH-CH3
c) Nombre o fórmula de los compuestos:
- 3-metilhexano:CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3
- N,N-dimetilmetanamida:(CH3)2N-C(O)H
- 2-metilbutanoato de etilo:CH3-CH(CH3)-CH2-COOCH2CH3
- CH3-O-CH2-CH3:Éter dimetílico
- CH3-CH2-CH(CH3)-CHOH-CH2-COOH:Ácido 3-hidroxi-4-metilpentanoico
a) Para calcular las concentraciones molares de los iones presentes en la disolución saturada de BaSO4, primero necesitamos determinar la cantidad de moles de BaSO4 disuelta.
La masa de BaSO4 disuelta es de 1,225·10^-3 g y la masa molar de BaSO4 es:
137,3 g/mol (Ba) + 32 g/mol (S) + 4 * 16 g/mol (O) = 233,3 g/mol
Podemos calcular la cantidad de moles de BaSO4 disuelta utilizando la relación:
moles = masa / masa molar
moles = 1,225·10^-3 g / 233,3 g/mol = 5,25·10^-6 moles
Dado que la fórmula del sulfato de bario es BaSO4, en la disolución se generará 1 mol de ion Ba2+ por cada mol de BaSO4 y 1 mol de iones SO42- por cada mol de BaSO4.
Por lo tanto, las concentraciones molares de los iones presentes en la disolución saturada de BaSO4 son:
[Ba2+] = [SO42-] = 5,25·10^-6 moles / 0,5 L = 1,05·10^-5 M
b) La constante del producto de solubilidad (Ksp) se calcula multiplicando las concentraciones de los iones presentes en la disolución saturada elevadas a la potencia correspondiente a su coeficiente estequiométrico en la ecuación de disociación.
La ecuación de disociación del BaSO4 es:
BaSO4(s) ⇌ Ba2+(aq) + SO42-(aq)
Entonces, el Ksp se calcula como:
Ksp = [Ba2+][SO42-] = (1,05·10^-5 M) * (1,05·10^-5 M) = 1,1025·10^-10
Por lo tanto, el valor de la constante del producto de solubilidad (Ksp) del sulfato de bario a 25ºC es 1,1025·10^-10.
c) Si añadimos una cantidad de sulfato de sodio (Na2SO4), una sal muy soluble, a la disolución de BaSO4, se producirá una reacción de precipitación donde los iones Ba2+ y SO42- se unirán para formar sulfato de bario insoluble. Esto se debe a que el producto de solubilidad del BaSO4 es muy pequeño y se alcanza rápidamente una vez que se ha disuelto la cantidad máxima de BaSO4.
La adición de sulfato de sodio aumentará la concentración de iones SO42- en la disolución, lo que favorecerá la formación de más BaSO4 sólido debido a la disminución del producto iónico. Esto resultará en una menor cantidad de sulfato de bario disuelto, ya que más de él se precipitará.
En resumen, añadir sulfato de sodio a la disolución de sulfato de bario disminuirá la cantidad de sulfato de bario disuelto debido a la formación de un precipitado insoluble de BaSO4.
a) El pH se puede calcular utilizando la fórmula:
pH = -log[H+]
Dado que la concentración de ácido clorhídrico (HCl) en el jugo gástrico es 0,15 M, esto también representa la concentración de iones H+ en la disolución.
pH = -log(0,15) = 0,82
Por lo tanto, el pH del jugo gástrico es aproximadamente 0,82.
b) Para determinar la cantidad de gramos de ácido clorhídrico en 100 mL de jugo gástrico, necesitamos utilizar la relación entre moles y masa del HCl.
La masa molar del HCl es:
1 g/mol (H) + 35,5 g/mol (Cl) = 36,5 g/mol
La cantidad de moles de HCl en 100 mL de jugo gástrico se calcula multiplicando la concentración por el volumen en litros:
moles de HCl = 0,15 M * 0,1 L = 0,015 moles
La cantidad de gramos de HCl se calcula multiplicando la cantidad de moles por la masa molar:
gramos de HCl = 0,015 moles * 36,5 g/mol = 0,5475 g
Por lo tanto, hay aproximadamente 0,5475 gramos de ácido clorhídrico en 100 mL de jugo gástrico.
c) Para determinar la cantidad de hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) necesaria para reaccionar completamente con el ácido clorhídrico en 100 mL de jugo gástrico, primero debemos equilibrar la ecuación química de la reacción:
2HCl + Mg(OH)2 ⟶ MgCl2 + 2H2O
La relación estequiométrica entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de magnesio es de 2:1. Esto significa que se requieren 2 moles de HCl para reaccionar con 1 mol de Mg(OH)2.
La cantidad de moles de HCl en 100 mL de jugo gástrico es 0,015 moles (calculado en la parte b).
Por lo tanto, se necesitará la mitad de esa cantidad de moles de Mg(OH)2 para la reacción completa, es decir, 0,0075 moles.
La masa molar del Mg(OH)2 es:
24,3 g/mol (Mg) + 2 * (1 g/mol (H) + 16 g/mol (O)) = 58,3 g/mol
La cantidad de gramos de Mg(OH)2 necesaria se calcula multiplicando la cantidad de moles por la masa molar:
gramos de Mg(OH)2 = 0,0075 moles * 58,3 g/mol = 0,43725 g
Por lo tanto, aproximadamente 0,43725 gramos de hidróxido de magnesio (dihidróxido de magnesio) serán necesarios para reaccionar completamente con el ácido clorhídrico contenido en 100 mL de jugo gástrico.
a) En el ánodo (electrodo negativo), se producirá la oxidación, donde el níquel metálico se disuelve en forma de iones Ni2+:
Ni(s) ⟶ Ni2+(aq) + 2e-
En el cátodo (electrodo positivo), se producirá la reducción, donde los iones Ni2+ se reducirán a níquel metálico:
Ni2+(aq) + 2e- ⟶ Ni(s)
b) Para determinar la cantidad de níquel metálico depositado, necesitamos utilizar la relación entre la corriente eléctrica, el tiempo y la carga eléctrica.
La carga eléctrica (Q) se calcula multiplicando la corriente eléctrica (I) por el tiempo (t):
Q = I * t = 2,5 A * 2 h = 5 C
Dado que cada mol de electrones representa una carga de 1 Faraday (F), podemos calcular la cantidad de moles de electrones (n) utilizando la constante de Faraday (F = 96500 C/mol):
n = Q / F = 5 C / 96500 C/mol = 0,0000517 mol
Dado que la ecuación estequiométrica muestra que se necesitan 2 moles de electrones para depositar 1 mol de níquel metálico, la cantidad de moles de níquel metálico depositado será la mitad de la cantidad de moles de electrones:
n(Ni) = 0,0000517 mol / 2 = 0,0000259 mol
La masa molar del níquel (Ni) es de 58,7 g/mol. Por lo tanto, la cantidad de gramos de níquel metálico depositado se calcula multiplicando la cantidad de moles por la masa molar:
m(Ni) = 0,0000259 mol * 58,7 g/mol = 0,00152 g
Por lo tanto, se depositarán aproximadamente 0,00152 gramos de níquel metálico.
c) La cantidad de moles de gas cloro (dicloro) se puede determinar utilizando la relación estequiométrica entre el número de moles de electrones y la formación de iones de cloro:
Para 2 moles de electrones, se producirá 1 mol de iones de cloro.
La cantidad de moles de electrones se calculó anteriormente como 0,0000517 mol.
Por lo tanto, la cantidad de moles de gas cloro (dicloro) será la mitad de la cantidad de moles de electrones:
n(Cl2) = 0,0000517 mol / 2 = 0,0000259 mol
Para determinar el volumen de gas cloro a 25ºC y 1 atm, podemos utilizar la ecuación de los gases ideales:
V = n * R * T / P
Sustituyendo los valores:
V = 0,0000259 mol * 0,0821 L·atm/mol·K * 298,15 K / 1 atm = 0,000618 L
El volumen de gas cloro (dicloro) desprendido será de aproximadamente 0,000618 litros, a 25ºC y 1 atm de presión.