Exercicis: Substàncies simples, ions i compostos inorgànics

A l'etiqueta d'una beguda isotònica es declaren els ions $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$ i $\text{Mg}^{2+}$, que reposen les sals que es perden amb la suor durant l'exercici.

1. a) Escriu el nom de cadascun dels quatre ions.
2. b) Classifica'ls en cations i anions i explica, a partir del signe de la seva càrrega, en què es diferencien els uns dels altres.
3. c) Raona per què l'ió sodi s'anomena igual que l'àtom del qual procedeix, mentre que l'ió clorur canvia la terminació del nom del clor.

L'aire és una mescla de substàncies: $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{O}_3$ (a la capa d'ozó), $\text{Ar}$, $\text{CO}_2$ i vapor d'aigua, $\text{H}_2\text{O}$. La figura representa les partícules de l'oxigen i de l'ozó.

1. a) Anomena les tres primeres substàncies.
2. b) Classifica les sis en substàncies simples o compostes i justifica el criteri que has aplicat.
3. c) L'oxigen i l'ozó estan formats únicament per àtoms d'oxigen i, tanmateix, són substàncies diferents: explica què les diferencia i escriu com s'anomenen les substàncies simples d'un mateix element que presenten aquesta relació.

El tub d'escapament d'un cotxe emet monòxid de carboni i diòxid de carboni, i la calç viva que s'utilitza en construcció és òxid de calci.

1. a) Escriu les fórmules del monòxid de carboni i del diòxid de carboni a partir dels prefixos dels seus noms sistemàtics.
2. b) Dedueix la fórmula de l'òxid de calci sabent que el calci forma l'ió $\text{Ca}^{2+}$ i l'oxigen l'ió $\text{O}^{2-}$, i que tota fórmula ha de ser elèctricament neutra.
3. c) La reixa d'un balcó es recobreix amb el temps d'un òxid de fórmula $\text{FeO}$, en el qual el ferro actua amb nombre d'oxidació $+2$: anomena'l amb la nomenclatura de Stock.

El netejador de forns porta $\text{NaOH}$ i la calç apagada amb què s'encalen les parets és $\text{Ca(OH)}_2$. Tots dos són hidròxids, compostos formats per un metall i l'ió hidròxid, $\text{OH}^-$. L'esquema mostra com es compensen les càrregues dels ions en cadascun.

1. a) Anomena els dos compostos.
2. b) Explica què indica el parèntesi de la segona fórmula i compta quants ions hidròxid hi ha a cada unitat de fórmula dels dos compostos.
3. c) Raona, amb les càrregues dels ions $\text{Na}^+$ i $\text{Ca}^{2+}$, quin dels dos metalls necessita dos ions hidròxid perquè la fórmula sigui neutra.

La bateria d'un cotxe conté $\text{H}_2\text{SO}_4$, als laboratoris s'utilitza $\text{HNO}_3$ i en un refresc obert es forma $\text{H}_2\text{CO}_3$. Tots tres són oxoàcids.

1. a) Anomena els tres àcids amb la nomenclatura tradicional.
2. b) Assenyala quin element no metàl·lic dóna nom a cadascun d'ells.
3. c) Indica quins dos elements apareixen sempre a la fórmula de qualsevol oxoàcid, a més del que li dóna nom.

El marbre d'un taulell és $\text{CaCO}_3$, un adob de jardí declara $\text{KNO}_3$ i el salpetre de Xile, un fertilitzant natural, és $\text{NaNO}_3$. Tots tres són oxisals: un metall unit a un ió negatiu que conté oxigen.

1. a) Anomena les tres sals.
2. b) Indica quin ió negatiu comparteixen dues d'elles i escriu la seva fórmula amb la seva càrrega.
3. c) Explica de quins oxoàcids procedeixen els ions carbonat i nitrat, i quin canvi experimenta la terminació del nom de l'àcid (-ic) en convertir-se en ió (-at).

El bicarbonat que es pren contra l'acidesa d'estómac és $\text{NaHCO}_3$; el seu nom segons la IUPAC és hidrogenocarbonat de sodi. L'esquema compara l'ió hidrogenocarbonat amb l'ió carbonat.

1. a) Escriu el nom de l'ió negatiu $\text{HCO}_3^-$ i explica què indica la paraula «hidrogeno» davant de «carbonat».
2. b) Escriu la fórmula i el nom de l'oxoàcid del qual procedeix aquesta sal.
3. c) Raona per què es diu que és una sal àcida: què conserva el seu ió negatiu que una sal normal, com el carbonat de sodi, $\text{Na}_2\text{CO}_3$, ja no té?

A la cooperativa agrícola d'un poble hi ha sacs de clorur de potassi, de nitrat de potassi, de sulfat de calci i de sulfat de sodi. Dades: els ions $\text{K}^+$, $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ i $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriu la fórmula de cadascuna de les quatre sals, aplicant que tota fórmula ha de ser elèctricament neutra.
2. b) En quina d'elles has necessitat dos ions positius per cada ió negatiu? Justifica-ho amb les càrregues.

El clor desinfecta l'aigua de les piscines i la potable perquè forma oxoàcids. Segons actuï amb nombre d'oxidació $+1$, $+3$, $+5$ o $+7$ forma els àcids $\text{HClO}$, $\text{HClO}_2$, $\text{HClO}_3$ i $\text{HClO}_4$.

1. a) Anomena els quatre àcids amb la nomenclatura tradicional, que utilitza els prefixos hipo- i per- i les terminacions -ós i -ic.
2. b) Assigna a cada àcid el nombre d'oxidació del clor que li correspon.
3. c) Escriu el nom sistemàtic del $\text{HClO}$ i del $\text{HClO}_4$ (pauta: prefix + «oxo» + arrel de l'element + «at» + «d'hidrogen»).

Al laboratori hi ha dos flascons de clorur de ferro: un amb $\text{FeCl}_2$ i un altre amb $\text{FeCl}_3$. El ferro pot actuar amb nombres d'oxidació $+2$ i $+3$, i el clor forma l'ió $\text{Cl}^-$.

1. a) Anomena els dos compostos amb la nomenclatura de Stock.
2. b) Anomena'ls amb la nomenclatura tradicional (terminacions -ós i -ic).
3. c) Justifica, a partir de les càrregues dels ions, per què un dels dos porta dos clorurs i l'altre tres.

El permanganat de potassi, $\text{KMnO}_4$, s'utilitza molt diluït com a desinfectant de la pell i per potabilitzar aigua.

1. a) Dedueix el nombre d'oxidació del manganès sabent que el potassi actua amb $+1$ i l'oxigen amb $-2$, i que el compost és neutre.
2. b) Anomena el compost amb la nomenclatura tradicional.
3. c) Seguint la pauta de les oxisals, anomena'l amb la nomenclatura de Stock (prefix + «oxo» + arrel + «at» + nombre d'oxidació en romans + «de» + metall).

A les coves, l'aigua rica en ions calci, $\text{Ca}^{2+}$, i en ions hidrogenocarbonat, $\text{HCO}_3^-$, acaba formant les estalagmites i estalactites.

1. a) Dedueix la fórmula de l'hidrogenocarbonat de calci i escriu el seu nom sistemàtic.
2. b) Comprova que a la teva fórmula les càrregues positives i negatives sumen zero.
3. c) Per abaixar el pH d'una piscina s'utilitza hidrogensulfat de sodi, format pels ions $\text{Na}^+$ i $\text{HSO}_4^-$: escriu la seva fórmula i explica per què també es considera una sal àcida.

El sulfat que s'empolvora a les vinyes contra els fongs és $\text{CuSO}_4 \cdot 5\ \text{H}_2\text{O}$ i el guix de les obres és $\text{CaSO}_4 \cdot 2\ \text{H}_2\text{O}$. Tots dos són hidrats: sals amb molècules d'aigua de cristal·lització. La figura representa una unitat de fórmula del sulfat de coure hidratat.

1. a) Anomena les dues sals sense comptar l'aigua (el coure actua aquí amb nombre d'oxidació $+2$).
2. b) Explica què significa el punt seguit de les molècules d'aigua a cada fórmula.
3. c) Anomena els dos compostos complets indicant l'hidrat que els correspon (penta-, di-) i digues quantes molècules d'aigua hi ha per cada unitat de fórmula.

Molts fertilitzants nitrogenats porten l'ió amoni, $\text{NH}_4^+$, combinat amb l'ió nitrat, $\text{NO}_3^-$, o amb l'ió sulfat, $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriu el nom de l'ió $\text{NH}_4^+$ i dedueix la fórmula del nitrat d'amoni.
2. b) Dedueix la fórmula del sulfat d'amoni, vigilant els subíndexs i l'ús del parèntesi.
3. c) Anomena les dues sals i explica, amb les càrregues, per què en una n'hi ha prou amb un ió amoni i a l'altra en calen dos.

L'aigua oxigenada de la farmaciola és una dissolució de $\text{H}_2\text{O}_2$, peròxid d'hidrogen. En els peròxids l'oxigen forma l'ió $\text{O}_2^{2-}$, diferent de l'ió òxid, $\text{O}^{2-}$. L'esquema compara els dos ions.

1. a) Anomena el $\text{H}_2\text{O}_2$ i explica què tenen de particular els peròxids enfront dels òxids.
2. b) Dedueix la fórmula del peròxid de sodi, sabent que el sodi forma l'ió $\text{Na}^+$.
3. c) Amb el temps, l'aigua oxigenada es descompon segons l'equació $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$: anomena les tres substàncies que hi intervenen i classifica-les en simples o compostes.

Els coets i els futurs cotxes de pila de combustible utilitzen hidrogen, i emmagatzemar-lo és un problema: una solució en estudi són els hidrurs metàl·lics, com el $\text{NaH}$ i el $\text{CaH}_2$. En aquests l'hidrogen actua amb nombre d'oxidació $-1$, és a dir, forma l'ió $\text{H}^-$.

1. a) Anomena els dos hidrurs.
2. b) Justifica, amb les càrregues dels ions $\text{Na}^+$ i $\text{Ca}^{2+}$, per què un porta un sol hidrogen i l'altre dos.
3. c) Explica què té de cridaner que l'hidrogen actuï aquí amb nombre d'oxidació negatiu, comparant-ho amb l'aigua, $\text{H}_2\text{O}$, en la qual actua amb $+1$.

Un sobre de sal de fruites efervescent conté $\text{NaHCO}_3$ barrejat amb un àcid sòlid; en tirar-lo a l'aigua fa bombolles perquè s'allibera $\text{CO}_2$.

1. a) Escriu el nom IUPAC del $\text{NaHCO}_3$ i el nom del gas que es desprèn.
2. b) Explica per què el $\text{NaHCO}_3$ és una sal àcida: de quin oxoàcid procedeix i quin hidrogen conserva encara el seu ió negatiu.
3. c) Escriu la fórmula i el nom de la sal que s'obtindria si també el segon hidrogen de l'àcid se substituís per sodi, i raona si aquesta sal seria àcida o normal.
4. d) Compta els àtoms d'oxigen de l'àcid, de la sal àcida i de la sal normal, i explica què és el que canvia realment en substituir hidrogen per sodi.

El lleixiu és una dissolució de $\text{NaClO}$, hipoclorit de sodi, una sal que procedeix de l'àcid $\text{HClO}$.

1. a) Anomena el $\text{HClO}$ amb la nomenclatura tradicional i dedueix el nombre d'oxidació del clor en aquest compost (l'hidrogen actua amb $+1$ i l'oxigen amb $-2$).
2. b) Anomena el $\text{NaClO}$ amb la nomenclatura tradicional i amb la sistemàtica, tenint en compte el nombre d'oxidació que has deduït.
3. c) L'etiqueta prohibeix barrejar el lleixiu amb amoníac, $\text{NH}_3$, o amb productes anticalç, que porten $\text{HCl}$: anomena aquestes dues substàncies (el nom «amoníac» està acceptat per la IUPAC i el $\text{HCl}$ és un hidràcid) i explica per què creus que el fabricant inclou aquest advertiment.

En l'etiqueta d'un embotit apareixen els conservants E-250 i E-251, que són les sals $\text{NaNO}_2$ i $\text{NaNO}_3$.

1. a) Anomena les dues sals amb la nomenclatura tradicional.
2. b) Dedueix el nombre d'oxidació del nitrogen en cadascuna (el sodi actua amb $+1$ i l'oxigen amb $-2$).
3. c) Anomena-les amb la nomenclatura de Stock.
4. d) Escriu la fórmula i el nom tradicional dels dos oxoàcids dels quals procedeixen, i relaciona les seves terminacions (-ós i -ic) amb els nombres d'oxidació que has calculat.

Corregint un examen, una professora troba escrites aquestes fórmules: $\text{CaCl}$, $\text{NaCO}_3$, $\text{AlOH}_3$ i $\text{Fe}_2\text{SO}_4$. Dades: els ions $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{Na}^+$, $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{OH}^-$ i $\text{SO}_4^{2-}$; el ferro de l'últim compost actua amb nombre d'oxidació $+3$.

1. a) Detecta l'error de cada fórmula aplicant la neutralitat elèctrica i escriu les quatre corregides.
2. b) Anomena els quatre compostos correctes (l'últim amb la nomenclatura de Stock).
3. c) Enuncia amb les teves paraules la regla general que cal aplicar per col·locar els subíndexs en la fórmula d'un compost iònic.

El ferro apareix per tot arreu: el pigment ocre de les pintures rupestres és un òxid seu, els suplements contra l'anèmia porten un sulfat de ferro i les aigües ferruginoses contenen els seus hidròxids. El ferro actua amb nombres d'oxidació $+2$ i $+3$; disposes dels ions $\text{O}^{2-}$, $\text{OH}^-$ i $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriu les fórmules de l'òxid de ferro(II) i de l'òxid de ferro(III).
2. b) Escriu les fórmules dels dos hidròxids de ferro corresponents.
3. c) Escriu les fórmules del sulfat de ferro(II) i del sulfat de ferro(III).
4. d) Anomena els sis compostos amb la nomenclatura tradicional (ferrós/fèrric) i explica quin criteri segueix aquesta nomenclatura respecte als nombres d'oxidació.

La pedra d'alum que es ven com a desodorant mineral és una sal doble hidratada de fórmula $\text{KAl(SO}_4)_2 \cdot 12\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Comprova que la fórmula és elèctricament neutra sumant les càrregues dels ions $\text{K}^+$, $\text{Al}^{3+}$ i $\text{SO}_4^{2-}$ que conté.
2. b) Anomena-la sabent que en les sals dobles els dos metalls se citen per ordre alfabètic després de l'ió negatiu, i que l'aigua de cristal·lització s'indica al final amb l'hidrat corresponent.
3. c) Indica quants ions de cada tipus i quantes molècules d'aigua hi ha en una unitat de fórmula.
4. d) Raona per què té sentit anomenar-la sal doble i no simplement mescla de dues sals.

Molts dentifricis porten $\text{NaF}$ i d'altres porten $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$; els dos compostos aporten fluor per prevenir les càries.

1. a) Anomena el $\text{NaF}$.
2. b) Dedueix, per neutralitat elèctrica, la càrrega de l'ió $\text{PO}_3\text{F}$ que acompanya els dos ions $\text{Na}^+$ en la segona fórmula.
3. c) Compara aquest ió amb l'ió fosfat, $\text{PO}_4^{3-}$, i explica en què es diferencien i per què canvia la càrrega.
4. d) Sabent que aquest ió s'anomena monofluorofosfat, escriu el nom complet de la sal $\text{Na}_2\text{PO}_3\text{F}$ i explica a què es refereix el prefix «mono-».

Les emissions de les centrals tèrmiques i del trànsit contenen òxids de sofre i de nitrogen que, amb l'aigua de pluja, formen oxoàcids: és l'anomenada pluja àcida. L'esquema resumeix el procés.

1. a) Anomena els òxids $\text{SO}_2$ i $\text{SO}_3$ amb la nomenclatura sistemàtica.
2. b) Amb l'aigua formen $\text{H}_2\text{SO}_3$ i $\text{H}_2\text{SO}_4$: anomena aquests dos oxoàcids amb la nomenclatura tradicional i escriu, amb fórmules, l'equació de formació del segon a partir del $\text{SO}_3$ i l'aigua.
3. c) L'àcid cau sobre les façanes de marbre, $\text{CaCO}_3$, i les transforma a poc a poc en $\text{CaSO}_4$, una crosta que s'ensorra: anomena les dues sals i explica amb les teves paraules el deteriorament que pateix un monument exposat a la pluja àcida.
4. d) Els òxids de nitrogen del trànsit originen a més àcid nítric: escriu la seva fórmula i dedueix en aquest el nombre d'oxidació del nitrogen (l'hidrogen actua amb $+1$ i l'oxigen amb $-2$).

Repte del tema. Quines substàncies químiques habiten a la teva cuina? Converteix-te en auditor químic domèstic analitzant productes de consum diari.

1. Cerca i nomenclatura: Revisa l'etiqueta d'una aigua mineral i dos productes quotidians (sal comuna i bicarbonat). Identifica i anomena mitjançant la IUPAC (sistemàtica i Stock/addició) una substància simple ambiental ($O_2$ o $N_2$), quatre ions de l'etiqueta ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$, $HCO_3^-$ o $Cl^-$) i tres compostos inorgànics neutres ($H_2O$, $NaCl$, $NaHCO_3$).

2. Presa de mesures: Fent servir un vas mesurador ($\pm 10\text{ mL}$) i una bàscula de cuina ($\pm 1\text{ g}$), mesura la massa de quatre volums creixents d'aigua de l'aixeta: $100$, $150$, $200$ i $250\text{ mL}$.

3. Tractament de dades: Elabora una taula amb les teves mesures i incerteses ($V \pm 10\text{ mL}$; $m \pm 1\text{ g}$) i traça la gràfica de $m$ enfront de $V$. A partir del pendent, determina la densitat del monòxid de dihidrogen / oxidà ($H_2O$) expressada en $\text{g/cm}^3$, aproximant amb coma decimal (ex. $0,98\text{ g/cm}^3$).

4. Informe final: Lliura una proposta raonada (1-2 pàgines) amb la classificació de substàncies, la taula, la gràfica i una valoració de possibles impureses iòniques a l'aigua.

Es valorarà:

• Correcció i rigor en la formulació i nomenclatura IUPAC de substàncies simples, ions i compostos.

• Rigor metrològic en el registre de dades, indicant incerteses a la taula i a la gràfica.

• Coherència en la interpretació física del pendent i qualitat de l'informe.