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Quimica (página 2)

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5. Hidróxidos metálicos.

Sumario:
Fórmulas y nomenclatura.
Propiedades y aplicaciones.
Cálculos en disoluciones.

  1. Fórmula

    Nombre

    aplicación

    NaOH

    Al(OH)3

    Ba(OH)2

    KOH

    Zn(OH)2

  2. Nombra las siguientes fórmulas químicas e indaga por los usos y cuidados en su manipulación:
  3. La solución acuosa de hidróxido de sodio (sosa cáustica) se emplea para la fabricación de jabones. Para tal fin se emplea una disolución de concentración másica 250 g.L-1
  1. ¿Qué masa del hidróxido se necesitan para preparar 5 L de la disolución requerida?

b) Con un litro de esta disolución se obtienen 20 jabones de lavar, ¿cuántos kilogramos de sosa cáustica se necesitan para obtener 100 jabones.

  1. Las disoluciones de los álcalis reaccionan con las proteínas constituyentes de los tejidos vivos.
  1. ¿Qué precauciones debes tomar al preparar una disolución de sosa cáustica?
  1. ¿Conoces de algún accidente en que hayan participado niños al ingerir o manipular sosa cáustica? Indaga con tus compañeros, familiares y el médico de la familia, y arriba a tus propias conclusiones sobre las causas del accidente.
  1. Los usos del hidróxido de sodio en la industria aparecen representados en la figura, indicando la proporción en que éste es consumido:
  2. Responde:
    a) La principal aplicación.
    b) La posición que ocupa la producción de papel.

  3. En las plantas electroquímicas, se obtiene sodio (en realidad sodio amalgamado) que sirve para la producción de sosa cáustica según la ecuación:

2 Na(s) + 2 H2O(l) = 2 NaOH(ac) + H2(g) D H < 0

  1. Señala el agente oxidante y el agente reductor.
  2. ¿Qué nos indica el símbolo D H < 0?
  1. Localiza en un mapa la ubicación de plantas electroquímicas en tu país. ¿Será un factor a considerar en la ubicación de una planta electroquímica la cercanía a una salina?
  1. Selecciona cuál o cuáles de las bases siguientes podrían ser usadas como lechadas para pinturas de poca duración. Argumenta tu selección.
  2. a) hidróxido de calcio; b) hidróxido de potasio; c) hidróxido de bario

    a) carbón b) magnesio c) azufre

  3. ¿Cuál de las sustancias simples siguientes arde en aire para formar un óxido que al agitarlo en agua da una solución que torna azul el papel indicador?
  4. Representa las ecuaciones iónicas para:
  1. La formación de un precipitado azul cuando una solución de KOH es añadida a una solución que contiene iones Cu2+.

b) La formación de un precipitado negro cuando una solución que contiene iones sulfuro es añadida a una solución que contiene iones Pb2+.

  1. ¿Cuál de los óxidos siguientes reacciona con solución de hidróxido de sodio para dar una sal?
  2. a) óxido de calcio b) óxido de magnesio c) óxido de zinc

  3. Al añadir una disolución acuosa de NaOH a cada una de tres disoluciones salinas de Cu2+, Fe3+, Zn2+ se puede observar lo siguiente:

De la solución acuosa que contiene Cu2+ precipita un sólido azul; en la que contiene Fe3+ aparece un precipitado pardo; y la que contiene Zn2+ primero manifiesta la precipitación de un sólido blanco y con la adición de un exceso de la solución de NaOH este precipitado se disuelve.

  1. Representa las ecuaciones químicas que explican lo observado en cada caso.
  1. El hidróxido de aluminio suele emplearse para la elaboración de agentes neutralizantes de la acidez estomacal.
  1. Representa la ecuación química de obtención de este hidróxido a partir de cloruro de aluminio e hidróxido de potasio.

b) ¿Cuántos moles de KOH se necesitan para obtener un mole de Al(OH)3?
c) ¿A qué masa de hidróxido de aluminio corresponde esta cantidad de sustancia?

6. Los hidróxidos no metálicos. Los hidrácidos.

Sumario:
Fórmulas y nomenclatura.
La agrupación estructural O-H.
Propiedades y aplicaciones.
La reacción de neutralización.
La ionización en solución.

  1. Tanto en los hidróxidos metálicos como en los no metálicos esta presente la agrupación estructural O-H.
  1. ¿Qué tipo de enlace se establece entre el sodio y el oxígeno en el NaOH?

b) ¿Qué tipo de enlace se establece entre el Cl y el O en el HClO?

  1. De acuerdo con las propiedades físicas tabuladas para las sustancias:

sustancia

Tf (oC)

Te (oC)

S (agua)

nitrato de potasio

334

Descompone

Muy soluble

ácido nítrico

-42

83

Muy soluble

  1. ¿En qué estado de agregación se presenta el ácido nítrico y el nitrato de potasio a temperatura ambiente?
  1. ¿Cuál es la diferencia en oC entre las Tf de ambas sustancias? Argumenta las causas de tan elevada diferencia.
  1. ¿Qué infieres del hecho de que la sal se descompone sin llegar a ebullir?

d) ¿Cómo explicar que ambas sustancias sean muy solubles en agua?

  1. La ionización que experimentan ciertas sustancias en agua es responsable de numerosas propiedades de sus disoluciones acuosas:
  1. Representa los iones presentes en las disoluciones acuosas de: sulfato de potasio; hidróxido de potasio; y ácido sulfúrico.
  1. Describe como harías para, experimentalmente, diferenciar estas tres disoluciones.
  2. Indica una aplicación que conoces para cada una de estas sustancias.
  1. Numerosos productos químicos se conocen por nombres comunes

a) Utiliza la nomenclatura oficial para nombrar el producto conocido por:

  • Sosa cáustica
  • Ácido de acumulador
  • Agua regia
  1. Representa la ecuación química que viene a explicar el burbujeo observado cuando el salfumán cae sobre la loza del piso.
  1. ¿Por qué el ácido de acumulador en contacto con la piel provoca quemaduras?
  2. ¿Cómo debes preparar una solución de ácido sulfúrico: añadiendo el ácido sobre el agua o a la inversa? Argumenta tu respuesta.
  3. Averigua la aplicación del agua regia en joyería.
  1. Explica cada una de las observaciones siguientes y escribe las ecuaciones correspondientes a las reacciones descritas:
  1. Cuando pedacitos de carbonato de calcio se añaden a una solución diluida de HCl una corriente continua de burbujas es observada.
  2. Cuando a los pedacitos de carbonato de calcio se le añade una solución diluida de ácido sulfúrico solo se aprecia unas pocas burbujas de gas liberado.
  1. Averigua dónde se produce ácido sulfúrico en el país. Localiza la ubicación de la Planta en un mapa dibujado por ti. ¿Es un puerto? ¿Que facilidades brinda que sea un puerto?
  2. El ácido nítrico, entre otros usos, se ha empleado en la fabricación de explosivos. Expón tus criterios sobre la utilidad práctica de los explosivos y el uso irracional que se les han dado.
  3. La reacción de neutralización es importante en numerosos procesos industriales y biológicos.
  1. Escribe la fórmula del ion que es producido en solución acuosa por:
  • Un ácido
  • Un álcali.
  1. Escribe la ecuación iónica para la reacción entre un ácido y un álcali.
  1. Nombra una sal soluble que puede ser preparada por la acción de un ácido y un álcali.

d) Nombra otra sal soluble que puede prepararse por la acción de un ácido sobre un carbonato.

  1. ¿Cuál de los siguientes compuestos es uno de los responsables de las llamadas lluvias ácidas?
  • óxido de aluminio
  • trióxido de azufre
  • óxido de zinc.

Argumenta tu selección.

  1. El bromuro de calcio se prepara añadiendo carbonato de calcio en exceso sobre una solución de ácido bromhídrico, según la ecuación:

HBr(ac) + CaCO3(s) = CaBr2(ac) + CO2(g) + H2O(l)

  1. ¿Qué observaciones podrías hacer cuando se efectúa la reacción?
  1. De acuerdo con la ecuación, ¿qué masa del bromuro de calcio se obtiene al reaccionar 2 mol de HBr con 1 mol del carbonato de calcio?
  1. Este bromuro se emplea por su acción sedante en el tratamiento de trastornos nerviosos. Si la dosis que se administra es de 0,3 g y se parte de una solución de concentración másica de 15 g.L-1, ¿qué volumen se debe utilizar?
  1. En un estante de laboratorio la etiqueta de dos frascos se dañaron y ahora solo se puede leer ...SO4. En el cuaderno de registro aparecen reportadas las disoluciones de Na2SO4 y de H2SO4. ¿Qué simple ensayo nos permite distinguir el contenido de cada frasco? Explica.
  2. ¿Cuál de las sales siguientes no puede ser preparada por la reacción entre la solución del ácido correspondiente y un metal? Argumenta tu selección.
  1. cloruro de calcio b) cloruro de hierro (III) c) cloruro de cobre (II)
  1. ¿Cuál de las sustancias relacionadas podría usarse para probar la presencia de iones Cl- en una solución ácida?
  1. carbonato de calcio
  2. magnesio
  3. hidróxido de sodio
  4. nitrato de plata

Justifica tu selección.

  1. El petróleo crudo puede llegar a presentar un alto contenido de impurezas de azufre. Este azufre debe eliminarse antes de usarse el petróleo en las Termoeléctricas. ¿Qué problemas se derivan de usar un petróleo con alto contenido de azufre. Ilustra tus argumentos con las ecuaciones químicas correspondientes.
  2. El sulfato de hierro (II) se emplea en el tratamiento de anemias asociadas a la falta de hierro en el organismo.
  1. Escribe la ecuación química que representa la preparación de esta sal a partir del ácido sulfúrico y otra sustancia que consideres necesaria.
  1. En farmacia veterinaria se prepara un jarabe que contiene 20 g de esta sal en medio litro de disolución. ¿Cuál es la concentración másica de esta disolución?

c) Si la dosis diaria recomendada para cerdos es de 0,8 g ¿qué volumen de la disolución debe ser incorporado a su alimentación?

  1. Describe las observaciones que podrías hacer cuando el ácido sulfúrico reacciona con:
  1. zinc metálico
  2. solución de hidróxido de sodio
  3. carbonato de cobre (II)
  4. papel de litmus azul.
  1. Establece, dando todos los detalles prácticos, cómo podrías obtener cristales puros de sulfato de cobre (II) de una muestra de estos cristales contaminados con carbonato de cobre (II).
  2. Sugiere una explicación para las observaciones siguientes:
  1. Cuando una disolución de ácido sulfúrico es exactamente neutralizada por una solución de hidróxido de sodio la mezcla resultante es muy buena conductora de la corriente eléctrica.
  2. Cuando la disolución de ácido sulfúrico se neutraliza exactamente con solución de hidróxido de bario la mezcla resultante es muy pobre conductora de la corriente eléctrica.

7. La Tabla Periódica.

Sumario:
La ley periódica de Mendeleev y la expresión actual de Moseley.
Grupos y períodos. Información que aportan sobre la estructura de los elementos.
El número de oxidación y la posición en la tabla.

  1. La historia de los grandes descubrimientos es una epopeya llevada a cabo por personalidades y comunidades científicas en una época dada:

a) Dmitri Mendeleev (1834-1907) es considerado el padre de la Tabla Periódica.

Su descubrimiento de la Ley Periódica data de 1869. ¿Qué edad tenía entonces el célebre científico ruso?

  1. John Dalton en 1803 había desarrollado las principales ideas de la teoría atómica que aún hoy son importantes: "cada elemento tiene su propia clase de átomo y los átomos de distintos elementos difieren en su masa". ¿Cuántos años transcurrieron desde su genial teoría y el descubrimiento de Mendeleev?
  1. ¿Qué propiedad de los átomos fue utilizada por Mendeleev para ordenar los elementos químicos en su tabla?
  1. En 1899, Thomsom descubre el electrón como partícula subatómica demostrando que el átomo no es indivisible, sino posee una estructura interna compleja. ¿Cuántos años pasaron antes que la hipotésis de Dalton fuera refutada por la práctica?

e) Rutherford en 1911 propone un modelo de átomo en el cual la carga positiva y la masa se concentran en su núcleo. Un año después, Moseley, discípulo de Rutherford, de acuerdo con resultados experimentales deduce que es el número atómico (la carga nuclear) la propiedad fundamental del átomo. En 1913, Bohr propone el modelo atómico planetario que en sus rasgos principales llega hasta nuestros días.
Construye un diagrama de barras que represente la diferencia en años entre uno y otro descubrimiento, desde Dalton hasta Thomson. ¿Qué puedes inferir de su carácter?

  1. La posición del elemento químico en la tabla periódica ofrece una valiosa información que debes aprender a extraer.
  1. Selecciona la respuesta correcta a la pregunta: ¿por qué el sodio y el cloro están en el mismo período de la Tabla Periódica? Argumenta tu selección.
  • Los números atómicos del sodio y el cloro difieren en menos de 8.
  • El sodio es un metal activo y el cloro un no metal.
  • Los átomos de ambos elementos tienen la tercera capa electrónica como la más externa.
  1. Señala una aplicación práctica para la sustancia elemental dicloro.
  1. ¿Cuál de las afirmaciones siguientes es correcta acerca de los elementos cloro, bromo y yodo?
  • Ellos están en el mismo período de la tabla periódica.
  • Poseen un electrón en su último nivel.
  • Presentan como número de oxidación superior 6+.
  1. El número de oxidación que puede presentar un elemento, en sus distintas combinaciones, depende del número de electrones de la capa exterior y por tanto de la posición que ocupe en la Tabla Periódica.
  1. Un elemento presenta número de oxidación 2-, 4+ y 6+, ¿en qué grupo de la Tabla Periódica podría estar ubicado?
  2. Identifica en la Tabla qué elemento podría ser y relaciona los usos que presenta como sustancia simple.
  1. Un esfuerzo de memoria sólo conviene hacerlo cuando de elementos comunes se trata.
  1. Selecciona cuál de los elementos relacionados forma un óxido de fórmula X2O3 y XO: Aluminio; calcio; hierro.
  2. Relaciona las aplicaciones prácticas que presentan los metales indicados.
  1. Cuando el dicloro gaseoso se combina directamente con un sólido caliente Y, se forma un sólido blanco YCl3, ¿qué sustancia pudiera ser Y?:
  2. Aluminio; carbón; potasio. Justifica tu selección.

  3. Los óxidos de los elementos a lo largo del período desde el sodio al cloro en la tabla periódica:
  • Son todos sólidos a temperatura ambiente.
  • Se hacen más ácidos y menos básicos.
  • Son todos compuestos iónicos.

Argumenta tu selección y, de ser posible, ilustra mediante ecuaciones tu afirmación.

  1. ¿Cuál de las afirmaciones siguientes son comunes para el calcio, sodio y potasio:
  • Son todos metálicos
  • Sus átomos todos pierden 2 electrones para formar sus iones
  • Forman todos carbonatos solubles.
  1. El número atómico del azufre es 16 y el del selenio es 34. ¿Cuáles de las afirmaciones siguientes son correctas?
  • Los átomos de ambos elementos tienen seis electrones en su última capa.
  • Ambos elementos forman iones negativos (S2- y Se2-).
  • Los núcleos de los átomos de S tienen 16 protones y del selenio 34 protones.
  • Relaciona dos usos que presenta el octazufre e indaga las aplicaciones del selenio.
  1. Tres elementos X, Y y Z tienen un incremento consecutivo del número de protones. Si la sustancia X es un gas noble:
  1. ¿Cuál podría ser el símbolo para el ion del elemento Z?:
  1. Z-; II) Z2-, III) Z+2.
  1. Selecciona un gas noble en la tabla y de acuerdo con sus propiedades, sugiere sus posibles aplicaciones prácticas.
  1. Usa la Tabla Periódica para responder a las preguntas siguientes sobre el elemento germanio de número atómico 32.
  1. ¿En qué grupo está ubicado?
  2. ¿Cuántos electrones posee en el último nivel?
  3. ¿Cuántos protones y neutrones presenta su núcleo atómico.
  4. ¿Podría esperarse que sea un metal o un no metal? Argumenta tu respuesta.
  5. Escribe la fórmula para la sustancia compuesta por cloro y germanio. ¿Será un compuesto iónico o covalente? Revisa en un manual su temperatura de fusión.
  6. Indaga sobre las aplicaciones del germanio en una enciclopedia de Ciencias o en la Enciclopedia electrónica de Encarta.
  1. Las letras U, V, W, X, Y y Z representan miembros consecutivos de la Tabla Periódica. Los elementos pueden formar compuestos en los cuales sus números de oxidación son: U: 4+; V: 5+; W: 6+; X: 7+; Y: cero (no forma compuestos); Z: 1+.
  1. ¿En qué grupo de la Tabla Periódica podría esperarse se ubica el elemento Y y en cuál el elemento X?
  1. ¿Cuál es la fórmula del óxido del elemento W, en el que el número de oxidación de W es 6+?

c) ¿Cuál es la fórmula del compuesto formado entre los elementos X y Z? ¿què enlace se establecerá entre estos átomos en este compuesto?

  1. Un elemento E forma un cloruro EClx que tiene un punto de fusión de -78 oC y un punto de ebullición de 59 oC.

Establece, argumentando tu predicción:

  • El estado físico de EClx a la temperatura ambiente (25 oC)
  • El tipo de enlace establecido entre los átomos de este cloruro
  • Si el elemento E será un metal o un no metal.
  1. La tabla muestra las estructuras electrónicas de seis elementos U a Z.

elemento estructura electrónica
U............……….. 2,1
V............……….. 2,2
W.......………...... 2,4
X.......………....... 2,8,7
Y.......………....... 2,8,8
Z.......………........ 2,8,8,1

  1. Escribe las letras que se corresponden a:
  • Dos elementos en el mismo período de la tabla periódica
  • Un gas noble.
  • Un metal del grupo I.
  • Un elemento que forma un ion negativo.
  • Dos elementos en el mismo grupo.
  1. ¿Qué tipo de enlace cabe esperar se establezca entre U y X?

Resumen:
La colección de ejercicios y problemas que proponemos para el aprendizaje de la Química en el nivel medio básico presentan como orientaciones didácticas:

  • La búsqueda activa del conocimiento.
  • La independencia y la socialización en el aprendizaje.
  • La contextualización del conocimiento químico en el entorno cercano.
  • La relación interdisciplinaria de las ciencias naturales.
  • El ejercicio sistemático de la reflexión valorativa.

Pone especial acento en el sistema de símbolos y conceptos que constituyen el núcleo duro del lenguaje de la Química.
Por el variado nivel de complejidad de las tareas puede servir para la preparación elite o para la ejercitación que comprenda la asimilación de una cultura elemental en esta disciplina.

 

 

 

 

Autor:


MSc. Rolando Delgado Castillo. Prof. Departamento de Física Química.

Universidad de Cienfuegos.
MSc. Víctor Sánchez Rodríguez. Prof. Departamento de Química Biología.

Instituto Superior Pedagógico de Cienfuegos.

Partes: 1, 2


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