Química 6. Estructura atómica y molecular

           1) Para el elemento cuyo número atómico es ____ :

● Escriba la configuración electrónica del átomo.

● El radio del átomo es mayor / menor /  igual que el del átomo que está antes / después en la misma fila de la tabla periódica.

●Su energía de ionización es mayor / menor / igual que la del átomo que está debajo / encima en la misma columna de la tabla periódica. 

●Su afinidad electrónica es mayor / menor / igual que la del átomo que está debajo / encima en la misma columna de la tabla periódica. 

● Señale si el átomo es diamagnético o paramagnético (justifíquelo).

●  Escriba los números cuánticos de un electrón de la capa más externa.

●  Escriba los números cuánticos de un orbital del átomo al que pueda saltar un electrón de la capa más externa sobre el que incide un fotón con la frecuencia adecuada.

            2) En las moléculas /  iones siguientes. Indique: a) el diagrama de Lewis; b) la forma (lineal, plana, angular, triángulo, tetraedro, pirámide, octaedro); c) si son polares o apolares. Justifique las respuestas.

●   Flúor / cloruro de hidrógeno / nitrógeno / oxígeno / hidróxido OH^-1 / cianuro CN^-1.

● Sulfuro de hidrógeno SH₂ / agua / dicloruro de azufre / dióxido de carbono / dióxido de azufre / disulfuro de carbono / hidruro de berilio BeH₂ .

●  Amoníaco NH₃ / fosfamina PH₃ / tricloruro de fosforo / trifluoruro de boro / hidronio H₃O⁺¹ .

●  Metano CH₄ / silano SiH₄ / tetrafluoruro de silicio / tetracloruro de carbono / amonio NH₄⁺¹  / tetrafluorborato BF₄^-1.

●  Etano C₂H₆ / eteno C₂H₄ / etino C₂H₂ / hexafluoretano C₂F₆ / tetracloroeteno C₂Cl₄ / cloroetino C₂HCl / cloroeteno C₂ClH₃ .

●   Pentafluoruro de fósforo / hexafluoruro de azufre.

      3) Tenemos tres elementos _____, _____, _____ cuyos números atómicos son _____, _____, _____ . a) Señale si son elementos s / p / d / f. b) Clasifíquelos como metales / no metales. c) Indique si sus energías de ionización son pequeñas / grandes. d) Elija uno de los tres elementos que sea metal y en él señale los orbitales que forman su banda de valencia y su banda de conducción. e) Escoja dos de los tres elementos y compare (mayor, menor, igual) sus electronegatividades. f) Formule el probable anión que forma uno de los tres elementos y el probable catión que forma otro. g) Formule un probable compuesto iónico que se puede formar con dos de esos tres elementos. h) Compare la energía de red, la temperatura de fusión y la energía de fusión del compuesto anterior con otro compuesto formado por dos elementos situados en las mismas columnas que los anteriores y debajo / encima de ellos; i) compare (mayor, menor, igual) la energía de red, la temperatura de fusión y la energía de fusión del compuesto anterior con otro compuesto formado con los mismos elementos si aumentamos / disminuimos la carga del anión o del catión. k) Nombre las cinco magnitudes energéticas que debe conocer para calcular la energía de red. Justifique las respuestas.

         4) Elija cinco de las siguientes sustancias de tal manera que tengan distintos tipos de enlace en sus cristales; y clasifíquelas según el tipo de enlace que presentan en sus cristales: 

Fe / Pb / Al / bronce (aleación de Sn y Cu) / amalgama de Cu (Cu y Hg) / latón (aleación de Zn y Cu) / silvita KCl / NaF / cal CaO / MgS / calcita CaCO₃ /  diamante (C) / Si / carborundo CSi / sílice SiO₂ / BN / gasolina (C₈H₁₈) / metano (CH₄) / naftalina (C₁₀H₈) / N₂ / O₂ / CO₂ /  cera (C₄₆H₉₂O₂) / éter (C₄H₁₀O) / freón (CCl₂F₂) / acetona (C₃H₆O) / dicloro difenil tricloroetano DDT (C₁₄H₉Cl₅) / trinitrotolueno TNT (C₇H₅N₃O₆) / colesterol (C₂₇H₄₆O) / aceite (C₅₇H₁₀₄O₆) / metanol CH₃OH / amoniaco NH₃ / cadaverina (diaminopentano C₅H₁₀N₂H₄) / FH.

     Entre las cinco elegidas escoja la más representativa de:

• Una sustancia de alta conductividad eléctrica / aislante / aislante que se transforma en conductora al fundir o al disolverse en agua.
• Una sustancia blanda / dúctil o maleable / dura / quebradiza.
• Una sustancia que presenta enlaces de hidrógeno.
• Una sustancia insoluble / soluble en agua.
• Ordene de menor a mayor la temperatura de fusión o ebullición de tres de las cinco sustancias elegidas anteriores.
• Prediga el estado (sólido, líquido, gas) a: 30 K, 300 K, 3000 K de una de las cinco sustancias anteriores. 

Química 6. Prácticas de Química

Valoración ácido-base

Hidróxido sódico con ácido clorhídrico

Preparación de la disolución de ácido clorhídrico

1º Posibilidad: Preparar 100 mL de ácido clorhídrico de concentración 1 moles/L a partir de ácido clorhídrico de concentración 5 moles/L.

Material: matraz aforado de 100 mL, pipeta con aspirador de pipetas. 

• ¿Qué volumen de disolución debo medir con la pipeta?
• ¿En qué recipiente debo echar la disolución pipeteada?
•  ¿Qué debo hacer a continuación?

2º Posibilidad: Preparar 0,5 L de ácido clorhídrico de concentración 1 moles/l a partir de ácido clorhídrico de densidad = 1150 kg/m³ y pureza = 30 %. 

Material: matraz aforado de 500 mL, pipeta con aspirador de pipetas.

• ¿Qué volumen de disolución debo medir con la pipeta en la campana de extracción de gases?
• ¿En qué recipiente debo echar la disolución pipeteada?
• ¿Qué debo hacer a continuación?

Valoración

Material: Erlenmeyer, bureta, pipeta y aspirador de pipetas. Nuez, pinza y soporte. Indicador fenolftaleína, disolución de ácido clorhídrico 1 M, disolución de hidróxido sódico de concentración desconocida.

1. Tomar 20 mL de la disolución de hidróxido de sodio con la pipeta.
2. Echar el hidróxido de sodio en un erlenmeyer.
3. Añadir 1 gota de indicador fenolftaleína a la disolución de hidróxido que está en el erlenmeyer: la disolución toma un color magenta / rosado. 
4. Llenar la bureta con el ácido clorhídrico 1 M.
5. Verter el ácido clorhídrico de la bureta en el erlenmeyer que contiene hidróxido sódico e indicador hasta que el color magenta / rosado desaparezca. 
6. Medir en la bureta el volumen (mL) de ácido clorhídrico empleado.

• Calcular la concentración desconocida del hidróxido de sodio, suponiendo una medida del volumen de ácido clorhídrico (mL), después de escribir y ajustar la reacción que ocurrió.
• Indicar la utilidad del indicador. 
• Haga un dibujo del montaje de la valoración.

Valoración redox

Sulfato de hierro (II) con permanganato

Preparación de la disolución de permanganato

Preparar 100 mL de una disolución de permanganato de potasio de concentración 0,01 moles/L.

Material: balanza eléctrica, vidrio reloj, vaso de precipitados de 250 mL, varilla de vidrio, matriz aforado de 100 mL, embudo. 

1. Pesar el permanganato potásico. ¿Qué masa de permanganato debo pesar en el vidrio de reloj?
2. Disolver el permanganato potásico en menos de 100 mL de agua (no es necesario medir) depositada en el vaso de precipitados. La disolución tiene un color violeta. 
3. ¿En qué recipiente de vidrio debo verter, mediante un embudo, la disolución de permanganato?
4. ¿Qué debo hacer a continuación?

Valoración

Material: Erlenmeyer, bureta, pipeta y aspirador de pipetas. Nuez, pinza y soporte. Disolución de permanganato potásico 0,01 M, ácido sulfúrico 1 M y disolución de sulfato de hierro (II) FeSO₄ de concentración desconocida. 

1. Tomar 20 mL de la disolución de sulfato de hierro (II) con la pipeta.
2. Echar el sulfato de hierro en un erlenmeyer de 250 mL.
3. Tomar 5 mL de disolución de ácido sulfúrico de concentración 1 M con la pipeta.
4. Echar el ácido sulfúrico en el mismo erlenmeyer anterior.
5. Llenar la bureta con el permanganato de potasio 0,01 M .
6. Verter el permanganato de la bureta en el erlenmeyer que contiene el sulfato de hierro (II) y el ácido sulfúrico hasta que el color violeta no desaparezca. 
7. Medir en la bureta el volumen (mL) de permanganato gastado.

• Calcular la concentración del sulfato de hierro (II), suponiendo una medida del gasto de permanganato de potasio (mL), después de escribir y ajustar la reacción que ocurrió.  
• Indicar cómo se sabe que se alcanzó el punto de equivalencia. ¿Quién es el indicador que indica el punto final de la valoración?
• Haga un dibujo del montaje con que se hace la valoración.

Montaje de una pila

Montar una pila con cinc y cobre

Material: Dos vasos de precipitados de 250 mL, una placa de cinc, una placa de cobre, disolución de sulfato de cobre 0,5 M, disolución de sulfato de cinc 0,5 M, disolución saturada de cloruro de sodio, tubo en U, algodón, dos cables, voltímetro. 

Ejecución

1. Verter 100 mL del sulfato de cobre en un vaso de precipitados de 250 mL.
2. Verter 100 mL del sulfato de cinc en un vaso de precipitados de 250 mL.
3. Colocar la placa de cobre en el vaso de precipitados que  contiene la disolución de sulfato de cobre.
4. Colocar la placa de cinc en el vaso de precipitados que contiene la disolución de sulfato de cinc. 
5. Preparar una disolución saturada de cloruro de sodio
6. Llenar completamente el tubo en U con la disolución de sodio y tapar cada uno de los dos agujeros del tubo con un trozo de algodón.
7. Unir, mediante un cable, la placa de cinc al polo negativo del voltímetro.
8. Unir, mediante un cable, la placa de cobre al polo positivo del voltímetro.
9. Introducir el tubo en U, invertido en los dos vasos de precipitados que contiene las disoluciones de cinc y cobre. 
10. Medir la fuerza electromotriz de la pila recién montada.

• Hacer un dibujo de la pila, indicando los nombres de los materiales y sustancias químicas usadas. 
• Indicar las reacciones parciales y la reacción global, así como en qué electrodo ocurren y su signo. 
• Indicar el sentido de los movimientos de electrones, iones y corriente eléctrica.
• Indicar la medida de la fuerza electromotriz de la pila y su error con respecto a la medida teórica. 

Montaje de una electrolisis

Hacer la electrolisis de una disolución acuosa de yoduro de potasio. 

Material: Soporte, nuez y pinza. Tubo en U. Pila de 4,5 v. Dos electrodos de grafito (minas de lápiz). Dos cables. 

Ejecución: 

1º Sujetar el tubo en U con una pinza y nuez a un soporte. 

2º Llenar el tubo en U con la disolución de yoduro de potasio.

3º Colocar los dos electrodos de grafito. 

4º Conectar ambos electrodos a ambos polos de la pila.

5º Observar burbujas de gas en un electrodo, y una mancha marrón (el yodo es marrón) en el otro electrodo. 

6º Introducir una cinta de papel indicador en el electrodo donde se desprende gas y observar el color que adquiere (azul intenso: significa que es una disolución básica).

Interpretación

En los electrodos se pueden descargar: o bien los iones procedentes del H₂O o bien los iones procedentes del KI. 

Cátodo (-): Una posibilidad: 2 H⁺ -> H₂

Otra posibilidad: K⁺ -> K

Ánodo (+): Una posibilidad: 4 OH^- -> O₂ + 2 H₂O

Otra posibilidad: 2 I^- -> I₂

• ¿Cuál de las dos posibilidades teóricas se produce en el cátodo, según las observaciones?
• ¿Cuál de las dos posibilidades teóricas se produce en el ánodo, según las observaciones?
• ¿Por qué se vuelve básica la disolución que está en el cátodo?
• Haga un dibujo del montaje de la electrolisis.

Precipitación 

Objetivo

Observar la precipitación del carbonato de calcio, CaCO₃ , cuando se hace la reacción entre el cloruro de calcio, CaCl₂ , disuelto en agua  y el carbonato sódico, Na₂CO₃ , disuelto en agua. 

Procedimiento

1º Preparación de la disolución de cloruro de calcio

• En una balanza eléctrica y con vidrio de reloj, pese 2 g de cloruro de calcio dihidratado (CaCl₂.2H₂O). 
• Disuélvalo en un vaso de precipitados con 20 mL de agua medida en una probeta.
• Traspáselo mediante un embudo a un matriz aforado de 25 mL .
• Enrase el matraz aforado.

2º Preparación de la disolución de carbonato de sodio

• En una balanza eléctrica y con vidrio de reloj, pese 3 g de carbonato sódico decahidratado (Na₂CO₃.10H₂O).
• Disuélvalo en un vaso de precipitados con 20 mL de agua medida en una probeta 
• Traspáselo mediante un embudo a un matriz aforado de 25 mL.
• Enrase el matraz aforado.

3º Mezcle en un vaso de precipitados de 250 mL las dos disoluciones anteriores 

 4º Observe el precipitado obtenido. Escriba la reacción que ocurrió.

5º Filtre el precipitado.

Montaje de la filtración

La filtración a vacío (filtración a presión reducida) consiste en la producción de una diferencia de presión entre la parte superior e inferior de la sustancia a filtrar, mediante la realización de vacío; tratamos que la filtración sea más rápida. 

1. El fondo de un embudo Büchner (embudo de porcelana que contiene una placa interior plana provista de orificios) se cubre con un disco de papel de filtro que se ha recortado, del mismo diámetro que el interior del embudo. 
2. El generador de vacío (una trompa de vacío) se acopla al tubo lateral de un Kitasato (matraz semejante al Erlenmeyer con un tubo lateral en el cuello del matraz) y a un grifo por el que puede salir agua. 
3. Se abre el grifo del agua. Al correr el agua a través de la trompa de vacío, se genera vacío en el interior del Kitasato.
4. Sobre el embudo Büchner se vierten, poco a poco, los productos de la reacción (con el precipitado) que están en el vaso de precipitados de 250 mL. 
5. Se espera a que la filtración se haya terminado (cuando todo el líquido haya pasado del embudo Büchner al Kitasato).
6. Una vez terminada la filtración, debe desconectarse el Kitasato antes de cerrar el grifo del agua. 
7. Con una espátula se extrae el papel y el precipitado que está sobre él, que están en el embudo Büchner y se depositan en un vidrio de reloj. 
8. El precipitado, el papel y el vidrio de reloj se dejan secar.
9. Se pesa en una balanza eléctrica para averiguar la masa del precipitado obtenida. 
10. Se calcula el rendimiento. 

Calcule:

1º Concentración molar de la disolución de cloruro de calcio preparada.

2º Concentración molar de la disolución de carbonato de sodio preparada.

3º Masa de carbonato de calcio obtenida si la reacción fuese completa.

4º Si los ejecutores de la práctica no fueron diligentes y sólo consiguieron obtener el 60 % del producto. ¿Qué masa habrían pesado?
5º Dibuje el montaje de la filtración y póngale nombre al material usado.