1) Potenciales de Reducción y Disolución de Metales
a) Metales que se disuelven en ácido clorhídrico:
Dado que la disolución contiene iones H+, la reacción implica la reducción de H+ a H2. Para que la reacción sea espontánea, el potencial estándar de reducción (Eo) del metal debe ser negativo. En este caso, el zinc (Zn) y el hierro (Fe) se disolverán, mientras que el cobre (Cu) y la plata (Ag) no lo harán.
Cálculos de Eo:
Eo (H+/H2) – Eo (Zn2+/Zn) = +0,76 V > 0 (Zn se disuelve)
Eo (H+/H2) – Eo (Cu2+/Cu) = -0,34 V < 0 (Cu no se disuelve)
Eo (H+/H2) – Eo (Ag+/Ag) = -0,80 V < 0 (Ag no se disuelve)
Eo (H+/H2) – Eo (Fe2+/Fe) = +0,44 V > 0 (Fe se disuelve)
b) Orden de poder oxidante de los iones metálicos:
El ion con mayor tendencia a reducirse (mayor Eo) será el más oxidante. El orden es: Ag+ > Cu2+ > Fe2+ > Zn2+
c) Pila con electrodos de hierro y zinc:
Para que la pila funcione, la diferencia de potencial (Eo) debe ser positiva. La combinación Fe2+/Fe como cátodo y Zn2+/Zn como ánodo da Eo = +0,32 V.
2) Obtención de Yodo Molecular
a) Ecuación iónica y molecular:
Ecuación iónica:
2 IO3- + 5 SO2 + 4 H2O → I2 + 5 SO42- + 8 H+
Ecuación molecular:
2 KIO3 + 5 SO2 + 4 H2O → I2 + K2SO4 + 4 H2SO4
Agente reductor: SO2 (pierde electrones)
Agente oxidante: IO3- (gana electrones)
b) Cálculo de volumen de SO2:
Se necesitan 19,7 moles de SO2 para producir 3,94 moles de I2 (1 kg). Usando la ley de los gases ideales, el volumen de SO2 a 1 atm y 25°C es 481,6 L.
3) Solubilidad del PbI2
a) Equilibrio de solubilidad y Kps:
PbI2 (s) ⇄ Pb2+ (ac) + 2 I- (ac)
Kps = [Pb2+] [I-]^2
b) Cálculo de solubilidad y concentraciones molares:
La solubilidad molar del PbI2 es 1,21×10^-3 M. La solubilidad en g/mL es 5,6×10^-4 g/mL. Las concentraciones molares de Pb2+ e I- son 1,21×10^-3 M y 2,42×10^-3 M, respectivamente.
c) Formación de precipitado:
Al mezclar las disoluciones de NaI y Pb(NO3)2, el producto iónico [Pb2+] [I-]^2 es menor que el Kps, por lo que no se formará precipitado.
4) Ciclo de Born-Haber y Energía de Ionización
a) Ciclo de Born-Haber para KI:
El ciclo de Born-Haber describe los pasos energéticos involucrados en la formación de un compuesto iónico a partir de sus elementos en estado estándar.
b) Cálculo de la primera energía de ionización del K:
Usando la ecuación de Born-Haber y los valores de entalpía dados, la primera energía de ionización del K es 416,5 kJ/mol.
5) Configuración Electrónica y Propiedades Periódicas
a) Elemento A (grupo 16, periodo 4):
i) Configuración electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4. Número atómico: 34
ii) El elemento A tenderá a formar aniones (A2-) para alcanzar la configuración de gas noble. El anión A2- tendrá mayor radio atómico que el átomo neutro A debido a la menor atracción nuclear sobre los electrones.
b) Números cuánticos y tipos de orbitales:
i) (3, 3, -3, -1/2) No es posible (l no puede ser igual a n)
ii) (4, 3, 0, +1/2) Sí es posible, orbital 4f
iii) (3, 2, -2, +1/2) Sí es posible, orbital 3d
iv) (2, 0, -1, -1/2) No es posible (ml no puede ser -1 cuando l = 0)
v) (0, 0, 0, +1/2) No es posible (n no puede ser 0)
6) Ácido Nitroso y su Base Conjugada
a) Cálculo de Ka y Kb:
Ka del HNO2 = 4,4×10^-4
Kb de la base conjugada (NO2-) = 2,26×10^-11
b) Cálculo de pOH:
pOH de la disolución de HNO2 = 11,96
c) Nuevo grado de disociación:
Al agregar un ácido fuerte, el grado de disociación del HNO2 disminuye al 1,73%.
7) Neutralización y Sales Ácidas
a) Volumen de HCl necesario para la neutralización:
Se necesitan 1,7 mL de HCl comercial al 36% para neutralizar la disolución de NaOH y KOH.
b) Sal para preparar una disolución ácida:
NH4NO3 es la sal adecuada, ya que el catión NH4+ se hidroliza y produce una disolución ácida.
8) Entalpía de Reacción y Disolución de NaI
a) Ecuación y entalpía de reacción:
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 3 CO2 (g) + 2 Fe (s)
ΔHº = -26,2 kJ/mol de Fe2O3
b) Signos de ΔH, ΔS y ΔG para la disolución de NaI:
ΔH > 0 (endotérmico)
ΔS > 0 (aumento de entropía)
ΔG < 0 (espontáneo)
TΔS > ΔH
9) Aumento del Rendimiento de NOCl
Cuatro formas de aumentar el rendimiento de NOCl sin agregar más reactivos:
– Retirar O2 del medio de reacción
– Aumentar la temperatura
– Disminuir la presión
– Aumentar el volumen del reactor
10) Equilibrio entre Carbono y Dióxido de Carbono
a) Cálculo de gramos de CO y C:
Se producen 13,72 g de CO y quedan 8,1 g de C sin reaccionar.
b) Grado de disociación del carbono:
27%
c) Cálculo de Kc y Kp:
Kc = 0,57
Kp = 56,25