OPCIN A CUESTIN 1. a) Escribe la configuracin electrnica en su estado fundamental de los elementos A: Z = 17, B: 7 elemento de la primera serie de transicin y del silicio. b) Indica el smbolo qumico y compara los radios atmicos de estos tres elementos. c) Qu frmula y qu tipo de enlace tendr el compuesto ms probable formado por A y silicio? Razona la respuesta. d) Explica justificadamente qu geometra presentar la molcula anterior. Solucin:

a) Los tomos de los elementos qumicos tienen el mismo nmero de protones en su ncleo, Z = nmero atmico, que de electrones en la corteza para ser elctricamente neutros. Luego, las configuraciones electrnicas, en su estado fundamental, para los elementos propuestos son:

A (Z = 17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5; B (Z = 27): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7; C (Z = 14): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. b) El smbolo qumico de cada elemento es: Cl (cloro) para el elemento A; Co (cobalto) para el

elemento B y Si para el (silicio). El radio atmico es una propiedad peridica que disminuye al avanzar en un perodo de izquierda a derecha. La razn se encuentra en que al avanzar en el perodo aumenta la carga del ncleo, mientras que el electrn diferenciador (electrn dems que tiene un tomo respecto al anterior en su perodo) se sita en el mismo nivel energtico, por lo que, la fuerza atractiva ncleo-ltimo electrn aumenta provocando una contraccin del volumen del tomo y, en consecuencia, una disminucin de su radio atmico. En los grupos aumenta el radio atmico al bajar en l, pues aunque aumenta la carga del ncleo, el electrn se va situando en niveles energticos cada vez ms alejados del ncleo, por lo que, la fuerza atractiva ncleo-ltimo electrn va siendo cada vez menor, lo que indica un aumento del radio atmico. Al encontrarse el Co en el 4 perodo grupo 9, el Si y Cl en el perodo 3 grupos 14 y 17, respectivamente, de lo expuesto en los prrafos anteriores, se deduce que el elemento de mayor radio es el cobalto, el de menor radio el cloro y el silicio de radio intermedio.

c) El Si promociona uno de los electrones 3s al orbital vaco 3p, presentando cuatro electrones desapareados, y al ser, junto al Cl, dos elementos no metlicos, cuatro tomos de Cl, con un electrn desapareado, se unen covalentemente, al tomo de silicio. La frmula de la molcula es SiCl4.

d) El mtodo de repulsin de pares de electrones indica que para que la

repulsin entre ellos sea mnima, han de orientarse en el espacio alejndose lo ms posible, y de la orientacin adquirida resulta para la molcula una geometra tetradrica regular, con el tomo de Si en el centro del tetraedro y los tomos de Cl en los vrtices:

CUESTIN 2. a) Escribe el equilibrio de formacin del amoniaco gaseoso a partir de nitrgeno gaseoso e hidrgeno gaseoso y explica razonadamente cmo se modificar el equilibrio al aumentar la presin. b) Sabiendo que el aumento de temperatura desplaza el equilibrio anterior hacia la izquierda, cmo ser el proceso, endotrmico o exotrmico? c) Cmo influye sobre la constante de equilibrio el aumento de la concentracin de amoniaco? Solucin:

a) La ecuacin correspondiente a la formacin del amoniaco es:

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Al aumentar la presin disminuye el volumen y se incrementa la concentracin molar de los

gases, es decir, aumenta el nmero de molculas por unidad de volumen, por lo que, el sistema para recuperar el equilibrio alterado, hace reaccionar molculas de N2 y de H2 para formar ms NH3 y as disminuir el nmero de molculas por unidad de volumen. El equilibrio se desplaza en el sentido en el que aparece un menor nmero de moles, hacia la derecha.

b) Si al aumentar la temperatura, suministrar calor al sistema, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, ello indica que el sistema absorbe el calor suministrado, es decir, el equilibrio se desplaza hacia la reaccin endotrmica, por lo que, la reaccin es exotrmica.

c) La constante de equilibrio no modifica su valor al variar la concentracin de ninguna de las

sustancias que intervienen en el equilibrio, slo lo desplaza en uno de los sentidos. PROBLEMA 4. a) Calcula el pH de una disolucin 0,6 M de NaOH. b) A 500 mL de la disolucin anterior se le aaden 200 mL de una disolucin de cido ntrico del 10% en masa y densidad 1,18 g mL1. Qu reactivo estar en exceso? c) Qu pH tendr la nueva disolucin, resultante de la reaccin anterior? DATOS: A r (N) =14,0 u; Ar (O) = 16,0 u. Solucin:

a) El hidrxido de sodio, NaOH, es una base muy fuerte que en disolucin se encuentra totalmente ionizada, siendo la concentracin de los iones hidrxidos la misma que la de la disolucin inicial, 0,6 M. Luego, determinando el pOH de la disolucin, de la expresin pH + pOH = 14, se obtiene su pH.

pOH = log[OH] = log 0,6 = 0,22; pH + pOH = 14 pH = 14 pOH = 14 0,22 = 13,78. b) Para determinar el reactivo en exceso, hay que conocer los moles de cada uno de ellos en la

mezcla y la estequiometra de la reaccin de neutralizacin. La ecuacin que corresponde a la reaccin es: NaOH + HNO3 NaNO3 + H2O, en la que se observa que 1 mol de base reacciona con 1

mol de cido. Moles NaOH = M V = 0,6 moles L1 0,5 L = 0,30 moles; La concentracin molar de 1 L de disolucin de HNO3 de densidad y riqueza en peso indicados,

es: =3

33

63

1

100

10100018,1

HNOg

HNOmol

disolucing

HNOg

disolucinL

disolucinmL

disolucinmL

disolucing1,87 M

Moles HNO3 = M V = 1,87 moles L1 0,2 L = 0,374 moles.

Luego, si un mol de NaOH consume un mol de HNO3, hay un exceso de 0,074 moles de cido ntrico.

c) El HNO3 es un cido muy fuerte que en disolucin se encuentra totalmente ionizado, y al estar

sus moles sobrantes disueltos en un volumen de disolucin de 0,7 L, su concentracin es L

moles

7,0

074,0=

0,106 M, que es tambin la concentracin molar de los iones oxonios, siendo el pH de la nueva disolucin: pH = log[H3O

+] = log 0,106 = 0,972. Resultado: a) pH = 13,78; b) El HNO3; c) pH = 0,972.

OPCIN B CUESTIN 1. El Kps del hidrxido de calcio es 5,0. 10

6. a) Escribe la ecuacin del equilibrio de solubilidad y la expresin de su producto de

solubilidad. b) Considerando el equilibrio anterior, indica qu suceder si a una disolucin acuosa

saturada de hidrxido de calcio en equilibrio con hidrxido de calcio slido se le aade: 1) Agua. 2) Cloruro de calcio. 3) cido clorhdrico.

Solucin: a) La ecuacin que corresponde al equilibrio de solubilidad del compuesto es:

Ca(OH)2 Ca2+ + 2 OH en la que 1 mol de hidrxido produce un mol de iones Ca2+ y dos

moles de OH. Teniendo presente que en los equilibrios heterogneos es constante la concentracin molar de los slidos, la constante del equilibrio de solubilidad es: Kps = [Ca

2+] [OH].

Si la solubilidad molar de la base es S moles L1, la de iones Ca2+ es tambin S y la de iones OH es 2 S, y al expresar la solubilidad de un in su concentracin molar, la constante de equilibrio se expresa tambin de la forma Kps = S (2 S)

2.

b) 1) Si se aade agua a la disolucin desaparece la saturacin, pues al aumentar la cantidad de disolvente, parte del slido insoluble pasa a la disolucin, incrementando la concentracin de los iones Ca2+ y OH y, por consiguiente, el equilibrio se desplaza hacia la derecha.

2) Si se aade cloruro de calcio, CaCl2, a una disolucin saturada de hidrxido de calcio, al aportar iones Ca2+ a la misma, aumenta su concentracin y provoca que el equilibrio se desplace hacia la izquierda, incrementando la insolubilidad del hidrxido (efecto del in comn).

3) La adicin a la disolucin de un cido muy fuerte, como el HCl, proporciona a la disolucin iones oxonios, H3O

+, que al reaccionar con los iones hidrxidos, OH, para formar agua, desplaza el equilibrio a la derecha provocando la disolucin del slido. CUESTIN 2. Contesta razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Cul es el signo de la variacin de entropa en los siguientes procesos? 1) La combustin de gas propano con oxgeno para dar CO2 y vapor de H2O. 2) La reaccin de hierro metlico con oxgeno para dar xido de hierro (II). 3) La disolucin de cloruro de sodio en agua.

b) Cmo influye el estado de divisin de los reactivos sobre la velocidad de reaccin en los procesos anteriores?

Solucin:

a) La entropa es una funcin de estado que mide el desorden molecular de un sistema. Si aumenta su desorden, la variacin de entropa es positiva, y si disminuye es negativa. 1) Siguiendo el criterio expuesto, en la combustin del gas propano, se pasa de 6 moles de gases a 7 moles, C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g), por lo que, al aumentar el desorden del sistema, la variacin de entropa es positiva.

2) En la ecuacin de oxidacin del hierro Fe (s) + 1/2 O2 (g) FeO (s), se observa que se pasa de medio mol de O2 gas (desorden) a un mol de FeO slido (orden), lo que indica que la variacin de entropa es negativa.

3) La disolucin del cloruro de sodio en agua NaCl (s) Na+ (ac) + Cl- (ac), se pasa de un slido cristalino a iones hidratados, producindose un cierto aumento del desorden, por lo que la variacin de entropa es positiva.

b) El grado de divisin de los slidos reactivos influye de forma decisiva en la velocidad de reaccin, pues cuanto mayor sea la superficie de contacto entre ellos, mayor es la probabilidad de que choquen las molculas de forma efectiva, ya que la reaccin se produce en la superficie de contacto.

En la combustin del propano, tanto el propano como el oxgeno son gases y, por ello, estn completamente divididos, y al no poderse dividir ms, su influencia en la velocidad de reaccin es nula.

En la oxidacin de hi