II. Reacciones químicas

1. Enlace químico

1. Dado el elemento X de número atómico 20:

a) Escribe su configuración electrónica.

b) Indica a qué grupo y periodo pertenece.

c) Indica su valencia iónica.

d) Escribe la configuración electrónica de otro elemento Y, de su mismo periodo, con el que forme un compuesto XY mediante enlace iónico.

e) Escribe la configuración electrónica de otro elemento Z, de su mismo periodo, con el que forme un compuesto también iónico XZ2.

2. ¿Qué pares de elementos formarán compuesto iónico: I y Na; K y He; Mg y Br; C y O; N y He; N y S; Br y Cl; O y Cl; Cl y Ba?

3. Escribe:

a) La configuración electrónica del alcalinotérreo del 5.º periodo indicando de qué elemento se trata.

b) La configuración electrónica del ion más estable de dicho elemento.

c) La fórmula del compuesto que formará con el 2.º elemento del grupo de los halógenos indicando qué tipo de enlace presenta el compuesto y su estado de agregación a temperatura ambiente.

4. La configuración electrónica del Zn es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2. Indica: a) Su número atómico, b) el periodo en el que se encuentra, c) su valencia iónica, d) el nombre del grupo de metales al que pertenece y e) el compuesto que formará con el Cl.

5. (Ext.09-B1) Explica el concepto de electronegatividad y coloca la serie de compuestos: bromuro de magnesio, bromuro de aluminio, bromuro de silicio y tribromuro de fósforo por orden decreciente del carácter iónico de sus enlaces entre el bromo y el otro elemento. Razona la respuesta.

Electronegatividades: Br=2,8; Si=1,8; Mg=1,2; Al=1,5; P=2,1.

6. (Ord.13-A1) Escribir las configuraciones electrónicas de los elementos oxigeno, magnesio, escandio y hierro y las de los iones más frecuentes de cada uno de los elementos anteriores.

Números atómicos: O=8; Mg=12; Sc=21; Fe=26.

7. (Ord.06-B1) a) Los únicos elementos de los metales de transición que presentan carga +1 en sus iones son: Cu, Ag y Au. Explicar este hecho sabiendo que se encuentran en el grupo 11 ó d9. b) Justificar el hecho de que la covalencia del flúor sea 1 y la del cloro pueda ser 1, 3, 5 y 7.

8. El nitrógeno y el fósforo se encuentran en el mismo grupo; sin embargo, el fósforo forma con el cloro los compuestos PCl3 y PCl5, mientras que el nitrógeno solamente forma el NCl3. Explica este hecho.

9. a) Escribe las estructuras de Lewis correspondientes a las especies químicas: metano (CH4), fluorometano (CH3F), dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3), agua (H2O), etano (C2H6), eteno (C2H4) y etino (C2H2). b) Decide las covalencias que presenta cada elemento en los distintos compuestos.

10. (Ord.17-A1) Los tres elementos E1, E2 y E3 tienen números atómicos consecutivos. El elemento E2 es argón (\(Z=18\)).

a) Indicar el grupo de la tabla periódica en que se encuentran los elementos E1 y E3. Justificar cuál de los dos tendrá una mayor energía de ionización.

b) Indicar el periodo (nivel) al que pertenecen los elementos E1 y E3.

c) ¿Cuál es el estado de oxidación más probable (según la regla del octeto) para los elementos E1 y E3.

d) Proponer el compuesto más probable que se forme con E1 y E3, indicando el tipo de enlace que se formará.

2. Formulación

11. (Ext.07-A2) Un óxido de hierro está formado por un 69,9% de metal y el resto de oxígeno. Calcular: a) La fórmula empírica del óxido. b) Los gramos de óxido que se formarán a partir de 1,65 g de hierro.

Masas atómicas/u: Fe=55,8; O=16,0.

12. (Ord.09-B2) La combustión de 6,26 g de un hidrocarburo (sólo contiene C y H) ha producido 18,36 g de CO2 y 11,27 g de agua. Por otra parte, se ha comprobado que esos 6,26 g ocupan un volumen de 4,67 litros en condiciones normales. Halle las fórmulas empírica y molecular de dicho hidrocarburo.

Datos: H=1,0; C=12,0. \(R = \mathrm{0{,}082 \: atm \, L\, K^{-1} \, mol^{-1}}\).

13. (Ord.15-B3) Una mezcla de los óxidos CuO y Cu2O, con una masa total de 1g, se reduce completamente a 0,839 g de Cu. Calcular el porcentaje de CuO en la mezcla. Masas atómicas (u): O=16,0; Cu=63,5.

14. Un hidrocarburo cíclico contiene un 92,25% de C y un 7,75% de H. Sabiendo que su masa molecular es 78 u y que las masas atómicas del H y C son 1,0 u y 12,0 u, respectivamente, determina:

a) Su fórmula empírica y su fórmula molecular.

b) El número de átomos de hidrógeno que hay en 25 g de este compuesto.

15. Formula o nombra, según corresponda, los siguientes compuestos:

a1) Na2O

a2) HCl

a3) AlH3

a4) AgCl

a5) SF6

a6) Cu2O

a7) SO3

a8) KI

a9) PCl5

a10) N2O5

a11) SO2

a12) Ni4C3

a13) PH3

a14) Fe2S3

a15) HI

a16) Cl2O7

a17) CO

a18) H2S

a19) Be(OH)2

a20) NH3

b1) óxido de litio

b2) óxido de zinc

b3) cloruro de carbono (IV)

b4) sulfuro de plomo (IV)

b5) amoniaco

b6) hidruro de magnesio

b7) sulfuro de carbono (IV)

b8) ácido clorhídrico

b9) bromuro de potasio

b10) hidruro de potasio

b11) cloruro de hierro (III)

b12) ácido fluorhídrico

b13) silano

b14) cloruro de estaño (II)

b15) óxido de oro (III)

b16) yoduro de hidrógeno

b17) sulfuro de sodio

b18) cloruro de silicio (IV)

b19) hidróxido de calcio

b20) hidróxido de hierro (III)

c1) HNO3

c2) H2CO3

c3) K2SO4

c4) AgNO2

c5) HBrO2

c6) Pb(OH)4

c7) FeSO4

c8) Co(NO3)2

c9) H3PO4

c10) Fe(OH)3

c11) H2CrO4

c12) KMnO4

c13) Cr(OH)3

c14) Ni(NO3)2

c15) Sn(OH)2

c16) CuSO4

c17) (NH4)3PO4

c18) CaCO3

c19) Fe(NO3)3

c20) H2TeO4

d1) trioxoseleniato (IV) de hidrógeno

d2) ácido clórico

d3) dioxosilicato (II) de hidrógeno

d4) ácido sulfuroso

d5) ácido nitroso

d6) dioxosulfato (II) de hierro (II)

d7) clorato de sodio

d8) silicato de cobre (II)

d9) telurato de aluminio

d10) nitrato de berilio

d11) peryodato de oro (III)

d12) carbonito de mercurio (II)

d13) hipobromito de níquel (III)

d14) metaarseniato de plata

d15) dihidrogenotriortofosfato de hierro (II)

d16) pirofosfato de cobalto (III)

d17) silicato de sodio

d18) hidrogenosulfato de cobre (I)

d19) hidrogenotelurato de plomo (II)

d20) tetraquis[dioxoarseniato (III)] de estaño (IV)

e1) metilpropano

e2) 2,3-dimetilbutano

e3) 5-etil-2,3,6-trimetil-4-propiloctano

e4) 2-metilbutano o isopentano

e5) 3-metilhexano

e6) eteno (etileno)

e7) 1-buteno

e8) 2-penteno

e9) 1,3-butadieno

e10) 1,2,3-butatrieno

e11) acetileno (etino)

e12) 4-etil-5,6-dimetil-1-heptino

e13) 3-etil-1,5-hexadiíno

e14) 6-etil-6-metil-1,4-octadiíno

e15) 2,7-dimetil-3,5-nonadiíno

e16) 1,7-nonadien-3,5-diíno

e17) 4,8-dimetil-2,4-nonadien-6-ino

e18) 3-metil-1-hexen-5-ino

e19) 8-metil-5-propil-1,6-decadien-3,9-diíno

e20) 4,5-dimetil-3,6-octadien-1-ino

e21) 1,2-dietil-3-metilbenceno

e22) 1,3,5-trimetilbenceno

f1) 2-clorobutano

f2) 1-bromopropano

f3) fluorometano

f4) tetraclorometano

f5) triclorometano o cloroformo

f6) 3-penten-2-ol

f7) 4-metil-1,3-pentanodiol

f8) 2-buten-1,4-diol

f9) 3-hexen-5-in-1-ol

f10) 1,2,3-propanotriol o glicerol

f11) 3-metil-3-hexanol

f12) isopropanol o 2-propanol

f13) metoxietano o etilmetiléter

f14) fenilpropiléter

f15) metoxieteno, o metilviniléter

f16) 2-butenal

f17) dimetilcetona

f18) dietilcetona o 3-pentanona

f19) etanal

f20) 2-metilpropanal o isobutanal

f21) metilvinilcetona o 3-buten-2-ona

f22) ciclohexilfenilcetona

f23) propanal

f24) 2,2-dimetilbutanal

f25) 2-metil-3-pentanona

f26) ácido hexanoico

f27) ácido 2-butenoico

f28) ácido propanodioico

f29) 2-metilpropanoato de sodio

f30) propanoato de etilo

f31) etanoato de metilo

f32) 2-cloro-butanoato de etilo

f33) butanamida

f34) 2-metilpropanamida

f35) N,N-dimetilmetanamida

f36) N-metiletanamida

f37) metilpropilamina

f38) tripropilamina

f39) butiletilamina

f40) N,N-dimetiletanamina

f41) N,N-dimetilmetanamina

f42) etanamida

f43) 2-metilbutanamida

f44) N-metil-N-propiletanamida

f45) butanonitrilo o cianuro de propilo

f46) 2-etilpentanonitrilo

f47) 1,3-dinitrobenceno

f48) 2-nitrobutano

16. (Ext.16-A2) Un compuesto orgánico contiene C, H y O. Cuando se produce la combustión completa, con oxígeno, de 28,2 g del compuesto orgánico, se producen 40,5 g de CO2 y 16,7 g de H2O.

a) Determinar la fórmula empírica y molecular del compuesto orgánico, sabiendo que dicha sustancia en estado gaseoso tiene una densidad de 2,4 g·L−1 a una presión de 750 mm Hg y a 27 °C de temperatura.

b) Proponer dos compuestos posibles con esta fórmula molecular, indicando sus nombres.

Datos: H=1,0 u; C=12,0 u; O=16,0 u. \(R = \mathrm{0{,}082 \: atm \, L\, K^{-1} \, mol^{-1}}\).

17. (Ord.06-B2) En 0,73 g de una amida hay 4,22·1022 átomos de hidrógeno, 0,36 g de carbono, 0,01 átomo-gramo o mol de átomos de oxígeno y el resto es nitrógeno. ¿Cuál es la fórmula molecular de esta amida?

Masas atómicas/u: H = 1,0; C=12,0; N=14,0; O = 16,0.

3. Estequiometría

18. (Ext.08-B2) Una muestra de 7,33 gramos de cloruro de bario dihidratado puro se disuelve en agua, añadiéndose después con una bureta, disolución valorada de ácido sulfúrico; esta última disolución tiene una riqueza del 60% en peso y una densidad de 1,5 g/mL. La reacción que tiene lugar es:

\[\ce{BaCl2.2H2O + H2SO4 \rightarrow BaSO4 + 2HCl + 2H2O}\]

Calcula: a) La molaridad de la disolución de ácido sulfúrico. b) El volumen, en ml, de la disolución de ácido sulfúrico que es necesario añadir para que reaccione todo el bario contenido en la muestra.

Masas atómicas/u: Ba=137,3; Cl=35,5; S=32,0; O=16,0.

19. (Ord.09-A3) A un vaso de precipitados que contiene 7,6 g de aluminio se le añaden 100 mL de un HCl comercial del 36% en peso y densidad 1,18 g/cm3, obteniéndose AlCl3 y H2. a) Indica cuál es el reactivo limitante. b) Calcula qué volumen de hidrógeno se obtiene si el proceso se realiza a 25 °C y 750 mm de Hg.

Datos: Al=26,7 u; H=1,0 u; Cl=35,5 u. \(R = \mathrm{0{,}082 \: atm \, L\, K^{-1} \, mol^{-1}}\).

20. (Ord.12-B3) El hidrógeno carbonato de sodio se obtiene mediante la reacción: Amoniaco (g) + dióxido de carbono (g) + agua (l) + cloruro sódico (ac) \(\rightarrow\) hidrógeno carbonato sódico (s) + cloruro amónico (ac). Escriba la reacción ajustada y calcula cuántos litros de amoniaco, medidos a 5 °C y 2 atm, se necesitarían para preparar 1 Kg de hidrógeno carbonato sódico, suponiendo un rendimiento del 50%.

Datos: Na=23,0 u; O=16,0 u; H=1,0 u; C=12,0 u. \(R = \mathrm{0{,}082 \: atm \, L\, K^{-1} \, mol^{-1}}\).

21. (Ext.12-A3) La urea, CO(NH2)2, se utiliza como fertilizante y se obtiene mediante la reacción:

\[\ce{2NH3 + CO2 \rightarrow CO(NH2)2 + H2O}\]

a) Si se obtienen 48,0 g de urea por cada mol de CO2 que reacciona, ¿cuál es el rendimiento de esta reacción?

b) Calcular el tanto por ciento de nitrógeno en la urea.

Masas atómicas/u: H=1,0; C=12,0; O=16,0; N=14,0.

22. (Ord.16-A2) Se mezclan 2 L de cloro gaseoso (Cl2), medidos a 97 °C y 3 atm, con 3,45 g de sodio metálico (Na) y se dejan reaccionar para formar cloruro de sodio (NaCl). Suponiendo que la reacción es completa:

a) ¿Razonar qué reactivo está en exceso y calcular cuántos moles de éste quedan sin reaccionar?

b) ¿Qué masa de cloruro de sodio se forma?

Datos: Na=23 u, Cl=35,5 u. \(R = \mathrm{0{,}082 \: atm \, L\, K^{-1} \, mol^{-1}}\).

23. El H2SO4 puede obtenerse a partir de la pirita (FeS2) mediante las siguientes reacciones (ajustadas):

\[\left. \begin{aligned} \text{1. }\: &\ce{4 FeS2 + 11 O2 \rightarrow }\,\ce{2 Fe2O3 + 8 SO2}\\ \text{2. }\: &\ce{2 SO2 + O2 \rightarrow}\, \ce{2 SO3}\\ \text{3. }\: &\ce{SO3 + H2O \rightarrow H2SO4} \end{aligned} \right\rbrace\]

¿Qué cantidad de pirita es necesaria para preparar una tonelada de H2SO4?

Masas atómicas/u: H=1,0; O=16,0; S=32,0; Fe=55,8.

4. Reacciones inorgánicas: Clasificación

24. En la etiqueta de una botella de ácido sulfúrico (H2SO4), figura una densidad de 1,84 g/cm3 y una pureza del 96%. Calcula:

a) La molaridad del H2SO4.

b) La fracción molar del H2SO4.

c) El volumen de hidróxido de sodio (NaOH) 2,0 M necesario para completar la reacción de neutralización de 1,0 mL de H2SO4:

\[\ce{H2SO4 + NaOH \rightarrow Na2SO4 + H2O} \text{ (sin ajustar)}\]

Masas atómicas/u: H=1,0; O=16,0; Na=23,0; S=32,0.