Ejercicios: Sustancias simples, iones y compuestos inorgánicos

En la etiqueta de una bebida isotónica se declaran los iones $\text{Na}^+$, $\text{K}^+$, $\text{Cl}^-$ y $\text{Mg}^{2+}$, que reponen las sales que se pierden con el sudor durante el ejercicio.

1. a) Escriba el nombre de cada uno de los cuatro iones.
2. b) Clasifíquelos en cationes y aniones y explique, a partir del signo de su carga, en qué se diferencian unos de otros.
3. c) Razone por qué el ion sodio se nombra igual que el átomo del que procede, mientras que el ion cloruro cambia la terminación del nombre del cloro.

El aire es una mezcla de sustancias: $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{O}_3$ (en la capa de ozono), $\text{Ar}$, $\text{CO}_2$ y vapor de agua, $\text{H}_2\text{O}$. La figura representa las partículas del oxígeno y del ozono.

1. a) Nombre las tres primeras sustancias.
2. b) Clasifique las seis en sustancias simples o compuestas y justifique el criterio que aplicó.
3. c) El oxígeno y el ozono están formados únicamente por átomos de oxígeno y, sin embargo, son sustancias distintas: explique qué las diferencia y escriba cómo se denominan las sustancias simples de un mismo elemento que presentan esta relación.

El tubo de escape de un carro emite monóxido de carbono y dióxido de carbono, y la cal viva que se usa en construcción es óxido de calcio.

1. a) Escriba las fórmulas del monóxido de carbono y del dióxido de carbono a partir de los prefijos de sus nombres sistemáticos.
2. b) Deduzca la fórmula del óxido de calcio sabiendo que el calcio forma el ion $\text{Ca}^{2+}$ y el oxígeno el ion $\text{O}^{2-}$, y que toda fórmula debe ser eléctricamente neutra.
3. c) La reja de un balcón se recubre con el tiempo de un óxido de fórmula $\text{FeO}$, en el que el hierro actúa con número de oxidación $+2$: nómbrelo con la nomenclatura de Stock.

El limpiador de hornos lleva $\text{NaOH}$ y la cal apagada con la que se encalan las paredes es $\text{Ca(OH)}_2$. Los dos son hidróxidos, compuestos formados por un metal y el ion hidróxido, $\text{OH}^-$. El esquema muestra cómo se compensan las cargas de los iones en cada uno.

1. a) Nombre los dos compuestos.
2. b) Explique qué indica el paréntesis de la segunda fórmula y cuente cuántos iones hidróxido hay en cada unidad de fórmula de los dos compuestos.
3. c) Razone, con las cargas de los iones $\text{Na}^+$ y $\text{Ca}^{2+}$, cuál de los dos metales necesita dos iones hidróxido para que la fórmula sea neutra.

La batería de un carro contiene $\text{H}_2\text{SO}_4$, en los laboratorios se utiliza $\text{HNO}_3$ y en un refresco abierto se forma $\text{H}_2\text{CO}_3$. Los tres son oxoácidos.

1. a) Nombre los tres ácidos con la nomenclatura tradicional.
2. b) Señale qué elemento no metálico da nombre a cada uno de ellos.
3. c) Indique qué dos elementos aparecen siempre en la fórmula de cualquier oxoácido, además del que le da nombre.

El mármol de una encimera es $\text{CaCO}_3$, un abono de jardín declara $\text{KNO}_3$ y el nitro de Chile, un fertilizante natural, es $\text{NaNO}_3$. Los tres son oxisales: un metal unido a un ion negativo que contiene oxígeno.

1. a) Nombre las tres sales.
2. b) Indique qué ion negativo comparten dos de ellas y escriba su fórmula con su carga.
3. c) Explique de qué oxoácidos proceden los iones carbonato y nitrato, y qué cambio experimenta la terminación del nombre del ácido (-ico) al convertirse en ion (-ato).

El bicarbonato que se toma contra la acidez de estómago es $\text{NaHCO}_3$; su nombre según la IUPAC es hidrogenocarbonato de sodio. El esquema compara el ion hidrogenocarbonato con el ion carbonato.

1. a) Escriba el nombre del ion negativo $\text{HCO}_3^-$ y explique qué indica la palabra «hidrogeno» delante de «carbonato».
2. b) Escriba la fórmula y el nombre del oxoácido del que procede esta sal.
3. c) Razone por qué se dice que es una sal ácida: ¿qué conserva su ion negativo que una sal normal, como el carbonato de sodio, $\text{Na}_2\text{CO}_3$, ya no tiene?

En la cooperativa agrícola de un pueblo hay sacos de cloruro de potasio, de nitrato de potasio, de sulfato de calcio y de sulfato de sodio. Datos: los iones $\text{K}^+$, $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{NO}_3^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriba la fórmula de cada una de las cuatro sales, aplicando que toda fórmula debe ser eléctricamente neutra.
2. b) ¿En cuál de ellas ha necesitado dos iones positivos por cada ion negativo? Justifíquelo con las cargas.

El cloro desinfecta el agua de las piscinas y la potable porque forma oxoácidos. Según actúe con número de oxidación $+1$, $+3$, $+5$ o $+7$ forma los ácidos $\text{HClO}$, $\text{HClO}_2$, $\text{HClO}_3$ y $\text{HClO}_4$.

1. a) Nombre los cuatro ácidos con la nomenclatura tradicional, que usa los prefijos hipo- y per- y las terminaciones -oso e -ico.
2. b) Asigne a cada ácido el número de oxidación del cloro que le corresponde.
3. c) Escriba el nombre sistemático del $\text{HClO}$ y del $\text{HClO}_4$ (pauta: prefijo + «oxo» + raíz del elemento + «ato» + «de hidrógeno»).

En el laboratorio hay dos frascos de cloruro de hierro: uno con $\text{FeCl}_2$ y otro con $\text{FeCl}_3$. El hierro puede actuar con números de oxidación $+2$ y $+3$, y el cloro forma el ion $\text{Cl}^-$.

1. a) Nombre los dos compuestos con la nomenclatura de Stock.
2. b) Nómbrelos con la nomenclatura tradicional (terminaciones -oso e -ico).
3. c) Justifique, a partir de las cargas de los iones, por qué uno de los dos lleva dos cloruros y el otro tres.

El permanganato de potasio, $\text{KMnO}_4$, se utiliza muy diluido como desinfectante de la piel y para potabilizar agua.

1. a) Deduzca el número de oxidación del manganeso sabiendo que el potasio actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$, y que el compuesto es neutro.
2. b) Nombre el compuesto con la nomenclatura tradicional.
3. c) Siguiendo la pauta de las oxisales, nómbrelo con la nomenclatura de Stock (prefijo + «oxo» + raíz + «ato» + número de oxidación en romanos + «de» + metal).

En las cuevas, el agua rica en iones calcio, $\text{Ca}^{2+}$, y en iones hidrogenocarbonato, $\text{HCO}_3^-$, acaba formando las estalactitas.

1. a) Deduzca la fórmula del hidrogenocarbonato de calcio y escriba su nombre sistemático.
2. b) Compruebe que en su fórmula las cargas positivas y negativas suman cero.
3. c) Para bajar el pH de una piscina se usa hidrogenosulfato de sodio, formado por los iones $\text{Na}^+$ y $\text{HSO}_4^-$: escriba su fórmula y explique por qué también se considera una sal ácida.

El sulfato que se espolvorea en los cultivos contra los hongos es $\text{CuSO}_4 \cdot 5\ \text{H}_2\text{O}$ y el yeso de las construcciones es $\text{CaSO}_4 \cdot 2\ \text{H}_2\text{O}$. Ambos son hidratos: sales con moléculas de agua de cristalización. La figura representa una unidad de fórmula del sulfato de cobre hidratado.

1. a) Nombre las dos sales sin contar el agua (el cobre actúa aquí con número de oxidación $+2$).
2. b) Explique qué significa el punto seguido de las moléculas de agua en cada fórmula.
3. c) Nombre los dos compuestos completos indicando el hidrato que les corresponde (penta-, di-) y diga cuántas moléculas de agua hay por cada unidad de fórmula.

Muchos fertilizantes nitrogenados llevan el ion amonio, $\text{NH}_4^+$, combinado con el ion nitrato, $\text{NO}_3^-$, o con el ion sulfato, $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriba el nombre del ion $\text{NH}_4^+$ y deduzca la fórmula del nitrato de amonio.
2. b) Deduzca la fórmula del sulfato de amonio, cuidando los subíndices y el uso del paréntesis.
3. c) Nombre las dos sales y explique, con las cargas, por qué en una basta un ion amonio y en la otra hacen falta dos.

El agua oxigenada del botiquín es una disolución de $\text{H}_2\text{O}_2$, peróxido de hidrógeno. En los peróxidos el oxígeno forma el ion $\text{O}_2^{2-}$, distinto del ion óxido, $\text{O}^{2-}$. El esquema compara los dos iones.

1. a) Nombre el $\text{H}_2\text{O}_2$ y explique qué tienen de particular los peróxidos frente a los óxidos.
2. b) Deduzca la fórmula del peróxido de sodio, sabiendo que el sodio forma el ion $\text{Na}^+$.
3. c) Con el tiempo, el agua oxigenada se descompone según la ecuación $2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$: nombre las tres sustancias que intervienen y clasifíquelas en simples o compuestas.

Los cohetes y los futuros carros de celda de combustible usan hidrógeno, y almacenarlo es un problema: una solución en estudio son los hidruros metálicos, como el $\text{NaH}$ y el $\text{CaH}_2$. En ellos el hidrógeno actúa con número de oxidación $-1$, es decir, forma el ion $\text{H}^-$.

1. a) Nombre los dos hidruros.
2. b) Justifique, con las cargas de los iones $\text{Na}^+$ y $\text{Ca}^{2+}$, por qué uno lleva un solo hidrógeno y el otro dos.
3. c) Explique qué tiene de llamativo que el hidrógeno actúe aquí con número de oxidación negativo, comparándolo con el agua, $\text{H}_2\text{O}$, en la que actúa con $+1$.

Un sobre de sal de frutas efervescente contiene $\text{NaHCO}_3$ mezclado con un ácido sólido; al echarlo en agua burbujea porque se libera $\text{CO}_2$.

1. a) Escriba el nombre IUPAC del $\text{NaHCO}_3$ y el nombre del gas que se desprende.
2. b) Explique por qué el $\text{NaHCO}_3$ es una sal ácida: de qué oxoácido procede y qué hidrógeno conserva todavía su ion negativo.
3. c) Escriba la fórmula y el nombre de la sal que se obtendría si también el segundo hidrógeno del ácido se sustituyera por sodio, y razone si esa sal sería ácida o normal.
4. d) Cuente los átomos de oxígeno del ácido, de la sal ácida y de la sal normal, y explique qué es lo que cambia realmente al sustituir hidrógeno por sodio.

La lejía es una disolución de $\text{NaClO}$, hipoclorito de sodio, una sal que procede del ácido $\text{HClO}$.

1. a) Nombre el $\text{HClO}$ con la nomenclatura tradicional y deduzca el número de oxidación del cloro en él (el hidrógeno actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).
2. b) Nombre el $\text{NaClO}$ con la nomenclatura tradicional y con la sistemática, teniendo en cuenta el número de oxidación que usted dedujo.
3. c) La etiqueta prohíbe mezclar la lejía con amoniaco, $\text{NH}_3$, o con productos antisarro, que llevan $\text{HCl}$: nombre estas dos sustancias (el nombre «amoniaco» está aceptado por la IUPAC y el $\text{HCl}$ es un hidrácido) y explique por qué cree que el fabricante incluye esa advertencia.

En la etiqueta de un embutido aparecen los conservadores E-250 y E-251, que son las sales $\text{NaNO}_2$ y $\text{NaNO}_3$.

1. a) Nombre las dos sales con la nomenclatura tradicional.
2. b) Deduzca el número de oxidación del nitrógeno en cada una (el sodio actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).
3. c) Nómbrelas con la nomenclatura de Stock.
4. d) Escriba la fórmula y el nombre tradicional de los dos oxoácidos de los que proceden, y relacione sus terminaciones (-oso e -ico) con los números de oxidación que usted calculó.

Corrigiendo una prueba, una profesora encuentra escritas estas fórmulas: $\text{CaCl}$, $\text{NaCO}_3$, $\text{AlOH}_3$ y $\text{Fe}_2\text{SO}_4$. Datos: los iones $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Cl}^-$, $\text{Na}^+$, $\text{CO}_3^{2-}$, $\text{Al}^{3+}$, $\text{OH}^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$; el hierro del último compuesto actúa con número de oxidación $+3$.

1. a) Detecte el error de cada fórmula aplicando la neutralidad eléctrica y escriba las cuatro corregidas.
2. b) Nombre los cuatro compuestos correctos (el último con la nomenclatura de Stock).
3. c) Enuncie con sus palabras la regla general que hay que aplicar para colocar los subíndices en la fórmula de un compuesto iónico.

El hierro aparece por todas partes: el pigmento ocre de las pinturas rupestres es un óxido suyo, los suplementos contra la anemia llevan un sulfato de hierro y las aguas ferruginosas contienen sus hidróxidos. El hierro actúa con números de oxidación $+2$ y $+3$; usted dispone de los iones $\text{O}^{2-}$, $\text{OH}^-$ y $\text{SO}_4^{2-}$.

1. a) Escriba las fórmulas del óxido de hierro(II) y del óxido de hierro(III).
2. b) Escriba las fórmulas de los dos hidróxidos de hierro correspondientes.
3. c) Escriba las fórmulas del sulfato de hierro(II) y del sulfato de hierro(III).
4. d) Nombre los seis compuestos con la nomenclatura tradicional (ferroso/férrico) y explique qué criterio sigue esa nomenclatura respecto a los números de oxidación.

Las emisiones de las plantas termoeléctricas y del tráfico contienen óxidos de azufre y de nitrógeno que, con el agua de lluvia, forman oxoácidos: es la llamada lluvia ácida. El esquema resume el proceso.

1. a) Nombre los óxidos $\text{SO}_2$ y $\text{SO}_3$ con la nomenclatura sistemática.
2. b) Con el agua forman $\text{H}_2\text{SO}_3$ y $\text{H}_2\text{SO}_4$: nombre estos dos oxoácidos con la nomenclatura tradicional y escriba, con fórmulas, la ecuación de formación del segundo a partir del $\text{SO}_3$ y el agua.
3. c) El ácido cae sobre las fachadas de mármol, $\text{CaCO}_3$, y las transforma poco a poco en $\text{CaSO}_4$, una costra que se desmorona: nombre las dos sales y explique con sus palabras el deterioro que sufre un monumento expuesto a la lluvia ácida.
4. d) Los óxidos de nitrógeno del tráfico originan además ácido nítrico: escriba su fórmula y deduzca en él el número de oxidación del nitrógeno (el hidrógeno actúa con $+1$ y el oxígeno con $-2$).