• Author / Uploaded
• peje

Citation preview

Fundamentos de Química ICQ030

GUÍA DE EJERCICIOS Unidad 1: Las herramientas de la química 1. Propiedades y componentes de la materia 1. Defina los siguientes términos: materia, masa, energía. 2. Indique los tres estados de la materia y algunas características de cada uno, ¿en que se parecen? y ¿en que difieren? Estados de la Materia i)

Características

En que se parecen y en que difieren

ii)

iii)

3. ¿Son físicas o químicas las siguientes propiedades? Propiedades

Físicas o Químicas

¿Por qué?

a) Punto de fusión del hielo b) Dureza c) Calor de un sólido

4. Son físicos o químicos los siguientes cambios: Propiedades a) Agregar azucar a una bebida

Fisicos o Químicos

¿Por que?

b) Congelar agua

c) Producción de luz por una luciernaga 1

Fundamentos de Química ICQ030

5. ¿Cuál de los siguientes sistemas corresponde a una mezcla de tipo heterogénea?
Alcohol más agua
Agua con azúcar
Agua con azúcar y hielo
Agua con sal y hielo

6. Indique cuantas fases y componentes tiene el sistema formado por:
Dióxido de carbono, oxígeno, hielo y vapor de agua
Agua, sal, aceite y alcohol
Vinagre, alcohol y agua

7. Clasifique las siguientes muestras de materia en: elemento, compuesto, mezcla homogénea o mezcla heterogénea:
Aire
Sal de mesa
Helio gaseoso
Plomo
Leche
Bronce

8. El tiempo transcurrido desde que los primeros animales habitaron el mundo, sobre tierra seca, es de unos 12.000.000.000.000.000 segundos. Expresar este tiempo como potencia de diez con una sola cifra, ¿cuál es el orden de magnitud?

2

Fundamentos de Química ICQ030

9. Una situación habitual es que los volúmenes de distintos líquidos, con los que tenemos contacto a diario, se expresan habitualmente en unidades diferentes. Por ejemplo, la cuenta del agua potable se 3 expresa en metros cúbicos (m ), las bebidas gaseosas en litros (L) y la leche, en centímetros cúbicos 3 3 (cm o cc). Ordena los siguientes volúmenes de menor a mayor: (a) 1 m de agua, (b) 1.000 cm de agua y (c) 100 L de agua. 10. ¿Cuántas cifras significativas tiene cada una de las siguientes cantidades? a) 9 d) 0,009 b) 90

e) 909

c) 8000,0

f) 74,24

11. ¿Cuántas cifras significativas deben aparecer en los resultados de las siguientes cuentas? a) 5 x 0,00559 b) 0,7 x 9,48 x 10¹ c) 875 x 67 12. El litio es un elemento cuyo volumen es 9,85 Ǻ3, si se supone que es esférico. Expresar este volumen en cm3, mm3, mL, m3 y calcular su radio atómico. 13. Si estuviéramos en Estados Unidos en pleno verano, podríamos leer en los indicadores de tiempo y temperatura de la vía publica que la temperatura es de 104 grados. Esto no significa que el equipo esta en malas condiciones, sino que señala la temperatura en grados Fahrenheit (°F). Expresa esta temperatura en °C y K. 14. Una persona que goza de buena salud tiene presiones sistólica (máxima) y diastólica (mínima) de alrededor de 120 mmHg y 70 mmHg, respectivamente. Aplicando los factores de conversión, expresa estas presiones en: (a) atm y (b) hPa. 15. Un cubo de aluminio de 15 cm de lado tiene una masa de 8.775 kg. ¿Cuál es la densidad del aluminio? Exprésala en kg/m3 y g/cc.

3

Fundamentos de Química ICQ030

2. Teoría atómica y propiedades periódicas 1. Describa la contribución de cada uno de los siguientes científicos al conocimiento actual de la estructura atómica: J.J. Thomson, E. Rutherford, N. Böhr y Schrödinger. 2. Explica por qué no pueden definirse órbitas en el átomo según la Mecánica Cuántica. 3. Llene los espacios vacíos del siguiente cuadro: 17 8

O

232 90

Th

Protones

27

Neutrones

56

Electrones

42

Número de masa

4. Indica la respuesta correcta: los siguientes átomos a) Isótonos. b) Isótopos. c) Isóbaros. d) Isómeros.

53

60

6

C 13 y

7

100

N14 son:

5. ¿Que es un nivel energético? Explique la diferencia entre el estado basal y un estado excitado. 6. Describa las características de un orbital s, un orbital p y un orbital d. De los siguientes orbitales, cuáles no existen: 1p, 2s, 2d, 3p, 3d, 3f, 4g. 7. Indique cuáles de los siguientes grupos de números cuánticos son posibles para un electrón en un átomo: (4,2,0,+1/2); (3,3,2,-1/2); (2,0,1,+1/2); (3,2,-2,-1/2); (2,0,0,-1/2) 8. Dados los valores de números cuánticos: (4, 2, 3, -½); (3, 2 1, ½); (2,0, -1, ½); y (1, 0, 0, ½): a) Indique cuáles de ellos no están permitidos. ¿Por qué? b) Indique el nivel y el orbital en el que se encontrarían los electrones definidos por los valores de los números cuánticos permitidos. 9. Un electrón de un átomo está en el nivel cuántico n = 3. Enumere los valores posibles de l y ml que puede tener. 10. ¿Cuántos electrones de un átomo pueden tener los números cuánticos n=3, l=2, ml=2? 11. ¿Cuál es la diferencia entre un orbital 2px y 2py?

4

Fundamentos de Química ICQ030

12. Indique el número total de: a) electrones p en N (Z=7) b) electrones s en Si (Z=14) c) electrones 3d en S (Z=16) 13. ¿Cuál orbital de cada uno de los siguientes pares es el de menor energía en un átomo polielectrónico? a) 2s, 2p b) 3p, 3d c) 3s, 4s d) 4d, 5f 14. Cuando el número cuántico l es igual a 2: a) ¿Con qué letra se designa este tipo de orbitales? b) ¿Cuál es el valor mínimo de n cuando l vale 2? c) Para un determinado valor de n, ¿cuántos orbitales tienen el número cuántico l=2? 15. Escriba los cuatro números cuánticos para un electrón en un orbital 3p. 16. Explique el significado del símbolo 4d6. 17. Qué es la configuración electrónica? 18. Escriba la configuración electrónica de los siguientes iones y átomos: a) Si b) I c) Sr d) Ar e) Ca+2 f) Al+3 g) P-3 19. ¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas es correcta para el fósforo (Z=15)? ¿Por qué es incorrecta cada una de las otras? a) [Ne] [↑ ][↑↓][↑ ][↑ ] b) [Ne] [ ↓][↑↓][↑↓][↑ ] c) [Ne] [↑↓][↑ ][↑ ][↑ ] d) [Ne] [ ][↑↓][↑↓][↑ ] 20. Indique la configuración electrónica, así como los números cuánticos del electrón diferenciador del elemento de número atómico 50. 21. Un isótopo de yodo, Z =53, tiene 127 de número másico: a) ¿Cuántas partículas subatómicas tiene y cómo se distribuyen en el átomo?. b) Escribe la configuración electrónica del estado fundamental para un átomo de dicho isótopo. 5

Fundamentos de Química ICQ030

22. ¿Cuál de las siguientes especies tiene más electrones no apareados? S+, S, o S-. Explique cómo llegó a la respuesta. 23. Escribe la configuración electrónica del estado fundamental de los átomos e iones siguientes: Br, N3-, Mg2+, Cl-, K+ y Fe. ¿Cuáles de ellos son isoelectrónicos? ¿Hay algún caso en el que existan electrones desapareados? 24. Indique el conjunto de los cuatro números cuánticos puede identificar al electrón desapareado del átomo de K (Z=19) en su estado fundamental. 25. El ión positivo X2+ de un elemento X tiene la siguiente configuración electrónica: [Ar] 4s2 a) ¿Cuál es el número atómico del elemento X? b) ¿Cuál será la configuración electrónica de su ión X+3? c) En este último caso, indique ¿cuáles serán los valores de los cuatro números cuánticos del último electrón? 26. ¿Qué estará más cerca del núcleo, la capa electrónica n=3 de EXPLIQUE.

18Ar

o la capa n=3 de

36Kr?

27. Indique en base a qué estableció Mendeleiev su clasificación de elementos. 28. ¿Qué relación existe entre un grupo de la clasificación periódica y el número de electrones de la última capa de los átomos de elementos pertenecientes al mismo? 29. Sabiendo que un elemento pertenece al grupo I de la clasificación periódica ¿qué propiedades deduces que tendrá? 30. ¿Cómo varía el carácter metálico en un mismo grupo de la clasificación periódica? y ¿cómo el no metálico? 31. Cómo cambian los tamaños de los átomos conforme nos movemos: a) De izquierda a derecha en una fila de la tabla periódica. b) De arriba hacia abajo en un grupo de la tabla periódica. c) Acomode los átomos siguientes en orden de radio atómico creciente: 9F, 15P, 16S, 33As. 32. Ordena de mayor a menor según sus radios a los siguientes átomos: a) 4Be, 5B, 19K y 20Ca b) 9F, 13Al, 15P y 17Cl c) 6C, 12Mg, 14Si y 38Sr d) 7N, 8O, 11Na y 13Al e) 9F, 19K, 20Ca y 35Br 33. Ordena de mayor a menor según sus radios iónicos/atómicos las siguientes especies: -1 -1 a) 11Na+1, 12Mg +2, 9F y 6C b) 3Li+1, 5Be+2, 8O-2 y 16S-2 c) 11Na+1, 16S-2, 17Cl-1 y 19K+1 d) 17Cl-1, 15P+3, 17Cl y 12Mg e) 19K+1, 20Ca+2, 20Ca y 19K

6

Fundamentos de Química ICQ030

34. Responde de acuerdo a la siguiente tabla: IA

M N

IIA

VIA

VIIA

L

P

a) El elemento que presenta el mayor radio atómico es ________. b) El elemento que presenta el más alto PI es ________. c) El elemento M presenta _______ electrones de valencia. d) Los elemento ____ y _____ presentarán configuración electrónica terminal s1. e) Los elemento ____ y _____ presentarán electrones en el orbital p. f) El elemento ____ es el más electronegativo. g) El elemento que presenta mayor tendencia a formar cationes es _____. h) El elemento _____ presenta mayor cantidad de electrones de valencia. 35. Ordena de mayor a menor según sus electronegatividades a los siguientes átomos: a) 7N, 11Na, 13Al y 3Li b) 5Be, 6C, 8O y 12Mg c) 9F, 14Si, 17Cl y 19K d) 37Rb, 55Cs, 11Na y 16S e) 35Br, 19K, 12Mg y 17Cl 36. Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) El neón y O-2 tienen la misma configuración electrónica. b) El neón tiene una energía de ionización menor que el O-2. -2 c) El neón y el O tienen el mismo número de protones. 37. Dados los elementos A, B, y C, de números atómicos 17, 11 y 37, respectivamente: a) Escriba la estructura electrónica de esos elementos. b) Determine el grupo y período a los que pertenecen. c) Ordénelos en orden creciente de su electronegatividad. 38. Un átomo X tiene la siguiente configuración electrónica 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p6 5s1. Explique razonadamente si las siguientes frases son correctas: a) X se encuentra en su estado fundamental. b) X pertenece al grupo de los metales alcalinos. c) X pertenece al período 5º del sistema periódico. d) Si el electrón pasara desde el orbital 5s al 6s emitiría energía luminosa que daría lugar a una línea en el espectro de emisión. 39. Las especies Y+3 y X-1 son isoelectrónicas. X está en el segundo período y en el grupo VIIA. En base a estos datos responda: a) ¿En que lugar de la tabla se ubica Y? b) Compara los radios atómicos de X e Y. 40. Los átomos neutros X, Y y Z tienen las siguientes configuraciones electrónicas: Y: 1s2 2s22p5 Z: 1s2 2s2 2p6 3s2 X: 1s2 2s22p1 a) Indique grupo y período en el que se encuentran. b) Ordénelos razonadamente de menor a mayor electronegatividad. c) ¿Cuál es el de mayor energía de ionización? 7

Fundamentos de Química ICQ030

3. Nomenclatura básica 1. Completa el siguiente escribiendo la fórmula y el nombre del óxido como muestra el ejemplo:

Cl

+3

Br

O-2

Nombre

Cl2O3

Trióxido de dicloro

+4

Zn+2 I+5 Ca+2 K +1 S +6 P+5 Mn+7 As+3 2. Nombra los siguientes compuestos utilizando nomenclatura sistemática e indica el número de oxidación de cada elemento. FÓRMULA

Nº oxidación

CuO

O

Cu

MnO

O

Mn

CaO

O

Ca

Ag2O

O

Ag

Cr2O3

O

Cr

SO

O

S

SO2

O

S

SO3

O

S

NO2

O

N

CO2

O

C

Cu2O

O

Cu

CrO3

O

Cr

Na2O

O

Na

Cl2O3

O

Cl

N. SISTEMÁTICA

8

Fundamentos de Química ICQ030

3. Completa el siguiente escribiendo la fórmula y el nombre del hidruro que se formaría como muestra el ejemplo: H-1 Al

H+1

Nombre O

+3

Nombre

-2

C+4

S-2

Zn+2

Cl -1

Cu+1

Br -1

Ca+2

I -1

K+1

F -1

Cu+2

Se-2

Pt+4

Te-2

Mg+2 Au+3 4. Nombra o formula según corresponda los siguientes hidruros: Fórmula

N. sistemática

Fórmula

N. sistemática

LiH

Dihidruro de cobre

CuH

Dihidruro de cinc

CaH2

Dihidruro de estroncio

SrH2

Ioduro de hidrógeno

BaH2

Dihidruro de plomo

CoH3

Tetrahidruro de plomo

NiH3

Hidruro de plata

AlH3

Dihidruro de cobalto

FeH2

Dihidruro de berilio

FeH3

Dihidruro de calcio

PbH4

Dihidruro de bario

CH4

Amoniaco

HBr

Cloruro de hidrógeno

H2S

Dihidruro de cadmio

HF

Agua

H2Se

Borano

9

Fundamentos de Química ICQ030

5. Nombra y escribe la fórmula las siguientes sales según corresponda: Fórmula

N. sistemática

Fórmula

n. sistemática

NaCl Fluoruro de litio KCl difluoruro de calcio CaCl2 Tricloruro de aluminio

Dibromuro de cobre

Bromuro de cobre

Sulfuro de manganeso

Telururo de calcio

Yoduro de potasio

CuCl

CuCl2

FeBr2

FeBr3

AlBr3

Dicloruro de hierro

NiCl3

Tetrafluoruro de silicio

NaI

Bromuro de sodio

CaI2

10

Fundamentos de Química ICQ030

6. Nombra los siguientes compuestos hidróxidos: CuOH _________________________________

Pt(OH)2__________________________________

LiOH__________________________________

Mg(OH)2_________________________________

NaOH_________________________________

Co(OH)2_________________________________

Fe(OH)3_______________________________

AgOH__________________________________

Cr(OH)3_______________________________

Sn(OH)4________________________________

7. Formular los siguientes compuestos: Hidróxido de plomo (IV)____________ ___

Hidróxido de cadmio _____________

Hidróxido de berilio __________________

Hidróxido de platino _____________

Trihidróxido de hierro_________________

Dihidróxido de cadmio____________

Trihidróxido de aluminio_______________

Hidróxido de sodio _______________

8. Dadas las siguientes fórmulas, dar las nomenclaturas correspondientes e indicar si se trata de óxidos ácidos o básicos, hidróxidos, hidruros, oxácidos o hidrácidos: a) H2S

____________________________________________________________________

b) HClO3 ____________________________________________________________________ c) HK

____________________________________________________________________

d) NiO

____________________________________________________________________

e) P4O6

____________________________________________________________________

f) Ba(OH)2 ____________________________________________________________________ g) HClO2

____________________________________________________________________

h) SiO2

____________________________________________________________________

i) NH4OH

____________________________________________________________________

j) HF

____________________________________________________________________

k) Ag2O

_____________________________________________________________________

l) H3PO4

_____________________________________________________________________

m) CaH2

____________________________________________________________________

n) Rb2O

____________________________________________________________________

11

Fundamentos de Química ICQ030

4. Estequiometría de las reacciones químicas 1. I. II. III. IV.

Calcule: El número de moles átomos de boro contenidos en 59,4 g de boro. El número de átomos de calcio contenidos en 20 g da calcio. El número de átomos de hierro de 83,7 g de hierro. El número de átomos de litio contenidos en 1,00 g de litio.

2. Mencione la diferencia que hay entre los términos que se citan y calcule el peso de cada uno en gramos: a) Un átomo de nitrógeno b) Una molécula de nitrógeno c) Un mol de nitrógeno 3. El peso atómico del carbono es 12,011 g/mol. Calcule el número de moles de átomos de carbono en: a) 1,00 g de carbono b) 135 g de carbono c) 5,66 x 1020 átomos de carbono 4. ¿Cuál de los apartados que se citan contienen ocho átomos: a) un mol de C2H6 b) una molécula de C2H6 c) 30 g de C2H6 d) 4,99 x 10-23 g de C2H6

5. Una muestra de 1,0 g de un compuesto puro contiene 1,5 x 1022 átomos. Si el número de Avogadro es 6,02 x 1023, ¿cuál es el peso molecular del compuesto? 6. Calcule la composición centesimal de los siguientes compuestos: (a) MgO (b) Fe2O3 (c) Na2SO4 (d) (NH4)2CO3

12

Fundamentos de Química ICQ030

7. ¿Cuántos moles de alcohol metílico, CH3OH, hay en 80 g del mismo? 8. Calcule el número de átomos de oxígeno que hay en 160 g de SO2. 9. Se tienen muestras de 100 gramos de cada uno de los siguientes compuestos: Li2O, CaO, CrO3, As4O10, U3O8 ¿Cuál de ellas contiene

Respuesta

a) el mayor peso de oxígeno? b) el menor peso de oxígeno? c) el mayor número total de átomos? d) el menor número de átomos?

10. La composición centesimal de un compuesto es 59,9% de titanio y 40,1% de oxígeno. ¿Cuál es su fórmula empírica? 11. Un compuesto contiene el 66,6% de titanio y el 33,4% de oxígeno, en peso. ¿Cuál es su fórmula empírica? 12. a) b) c) d)

Ajuste las siguientes ecuaciones: Sn + Cl2 → SnCl4 Al + Cl2 → Al2Cl6 FeS + O2 → Fe2O3 + SO2 Mn3+ + H2O → Mn2+ + MnO2 + H+

13. Identifique el tipo de reacción y ajuste: a) H2O → H2 + O2 b) H2SO4 + Al → Al2(SO4)3 + H2 c) NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 d) SO2 + O2 → SO3 14. Dada la siguiente ecuación química: Al + HCl → AlCl3 + H2. Calcular la cantidad de H2, cuando se hace reaccionar 3,0 mol de Al con 4,0 mol de HCl. R: 2,0 mol 15. Si se hace reaccionar 28 g de nitrógeno con 9.02 g de hidrógeno, calcular la masa de amoniaco formada. R: 34.1 g 16. ¿Qué peso de CaO se obtendría por descomposición térmica de 2 moles de CaCO3? CaCO3 → CaO + CO2

13

Fundamentos de Química ICQ030

17. El aluminio reacciona con el azufre a temperaturas elevadas y se forma sulfuro de aluminio según la siguiente reacción: 2 Al + 3 S → Al2S3 Calcule el número de moles de :

Respuesta

a) átomos de aluminio que reaccionan con un mol de átomos de azufre. ¿A qué peso de aluminio corresponden? b) átomos de azufre que reaccionan con un mol de átomos de aluminio. ¿A qué peso de azufre corresponde? c) átomos de aluminio que reaccionan con 1,00 g de azufre. ¿A qué peso de aluminio corresponde? d) átomos de azufre que reaccionan con 1,00 g de aluminio. ¿A qué peso de azufre corresponde? 18. El metal sodio reacciona con agua para dar hidróxido de sodio e hidrógeno gas: 2 Na(s) + 2 H2O(l) → NaOH(aq) + H2(g) Si 10.0 g de sodio reaccionan con 8.75 g de agua: ¿Cuál es el reactivo limitante?

R: Na

19. Si se hace reaccionar 64 g de metano con 355 g de cloro, de acuerdo a la ecuación: CH4 + 4Cl2 →CCl4 + 4 HCl Calcular la cantidad de CCl4 y HCl formado. R: 1,25 y 5 moles 20. Dada la siguiente reacción química: Ca(OH)2 + 2 SO2 → Ca(HSO3)2 Determine la masa en g, de sulfito ácido de calcio obtenida al hacer reaccionar 64,8 g de hidróxido de calcio con 52,4 g de dióxido de azufre. R: 81,8 mol 21. Al calentar el clorato de potasio se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Si al calentar 234 ton de clorato de potasio se obtuvo 120 ton de cloruro de potasio, determine el rendimiento de la reacción. R: 84,5 % 22. Al calentar sulfuro de hierro (II) en oxígeno gaseoso se produce oxido de hierro (III) y dióxido de azufre. Determine la masa de óxido de hierro (III) producido al hacer reaccionar 240 g de sulfuro de hierro (II) de 87.2 % de pureza en exceso de oxigeno.: FeS + O2 → Fe2O3 + SO2 R: 190 g 23. El tetracloruro de titanio se oxida en presencia de oxigeno dando como producto dióxido de titanio y cloro: TiCl4 + O2 → TiO2 + 2Cl2. Determine la pureza del tretracloruro de titanio empleado si al hacer reaccionar 4.00 toneladas de TiCl4 en exceso de oxígeno se obtuvo 1,4 ton de dióxido de titanio. (Suponga 100% de rendimiento). R: 83,3 % 24. Calcular el rendimiento de un experimento en el que se obtuvieron 3,43 g de SOCl2 mediante la reacción de 2.50 g de SO2 con un exceso de PCl5, esta reacción tiene un rendimiento teórico de 5,64 R: 60,8 % g de SOCl2: SO2(l) + PCl5(l) → SOCl2(l) + POCl3(l).

14