Ejercicios: Lenguaje químico inorgánico

1. a) Escribe la fórmula química de los siguientes compuestos binarios: dióxido de titanio, sulfuro de dihidrógeno y bromuro de cobalto(III).
2. b) Asigna un nombre sistemático de composición o de Stock a las siguientes fórmulas: $\mathrm{Cu_2O}$, $\mathrm{NH_3}$ y $\mathrm{SnH_4}$. Indica explícitamente para el compuesto $\mathrm{Cu_2O}$ el estado de oxidación con el que actúa el cobre.

1. a) Formula las siguientes especies químicas inorgánicas: hidróxido de hierro(II), cloruro de amonio y seleniuro de plomo(IV).
2. b) Nombra mediante la nomenclatura de composición o de Stock los siguientes compuestos: $\mathrm{Al(OH)_3}$, $\mathrm{Mg_3N_2}$ y $\mathrm{Fe_2S_3}$. Especifica los iones (catión y anión) que constituyen formalmente a cada uno de ellos.

1. a) Escribe la fórmula molecular o empírica de los siguientes compuestos oxigenados: ácido nítrico, sulfato de potasio y dihidrogenofosfato de sodio.
2. b) Proporciona un nombre válido según la IUPAC (tradicional admitido o sistemático de composición/hidrógeno) para: $\mathrm{HClO_4}$, $\mathrm{NaIO_3}$ y $\mathrm{CaCO_3}$. Indica además el estado de oxidación del no metal central en el ácido y en los aniones de las dos sales.

Observa la representación bidimensional esquemática de la ordenación estructural en un sólido inorgánico constituido por iones monoatómicos $A^{2+}$ y $B^{2-}$:

1. a) Deduce la relación estequiométrica mínima entre ambos iones en la red y escribe la fórmula empírica resultante del compuesto.
2. b) Explica por qué carece de significado físico referirse a la masa molecular de este compuesto sólido y diferencia su naturaleza reticular continua respecto a una sustancia molecular discreta neutra constituida por átomos con enlace covalente, como el dióxido de azufre, $\mathrm{SO_2}$.

Las sales ácidas derivadas de oxoácidos polipróticos conservan átomos de hidrógeno con carácter ácido en su anión.

1. a) Escribe la fórmula del hidrogenosulfito de bario deduciendo previamente el estado de oxidación de todos los elementos presentes en la sal y aplicando el balance de carga formal.
2. b) Escribe la ecuación de disociación iónica completa de esta sal cuando se disuelve en agua a $25\,^\circ\text{C}$, identificando la especie catiónica y la especie aniónica solvatadas. Razona si el anión resultante presenta comportamiento anfiprótico según la teoría de Brønsted-Lowry.

En el laboratorio se identifican cuatro sustancias puras I, II, III y IV a $20\,^\circ\text{C}$ y $1\,\text{atm}$:

• I: Gas constituido por moléculas donde el cloro presenta estado de oxidación $+1$ frente al oxígeno en proporción atómica $2:1$.

• II: Sólido blanco de alto punto de fusión ($1418\,^\circ\text{C}$), aislante eléctrico en estado sólido pero conductor fundido, cuya pequeña fracción disuelta en agua se disocia en iones $\mathrm{Ca^{2+}}$ y $\mathrm{F^-}$.

• III: Sólido inorgánico de punto de fusión extremadamente alto ($>1600\,^\circ\text{C}$), insoluble y no conductor, con átomos de silicio y oxígeno unidos covalentemente en relación estequiométrica $1:2$.

• IV: Gas diatómico homonuclear con enlace covalente triple.

1. a) Formula y asigna un nombre IUPAC sistemático a las sustancias I, II y III.
2. b) Clasifica cada sustancia (I a IV) en: sustancia molecular, red iónica o red covalente.

En el borrador de un informe químico de control de calidad aparecen las siguientes cinco propuestas de formulación o nomenclatura:

1. «Sulfato de hierro(III)» asociado a la fórmula $\mathrm{Fe_3(SO_4)_2}$.

2. «Óxido de potasio(I)» para designar la sustancia $\mathrm{K_2O}$.

3. «Ácido clórico» asignado a la fórmula $\mathrm{HClO_2}$.

4. «Nitrito de calcio» para la fórmula $\mathrm{Ca(NO_3)_2}$.

5. «Ácido sulfúrico(VI)» para $\mathrm{H_2SO_4}$.

1. a) Distingue errores de formulación o de identificación de una especie, indicaciones redundantes y mezclas innecesarias de nomenclaturas. No des por supuesto que todos los casos tienen el mismo tipo de problema.
2. b) Proporciona una formulación o denominación sencilla y correcta para cada caso: escribe la fórmula real que corresponde al nombre pretendido en 1 y 4, y asigna el nombre IUPAC inequívoco a las fórmulas de 2, 3 y 5.

Se analiza térmicamente una muestra pura de una oxisal hidratada de níquel y azufre para determinar su fórmula estequiométrica exacta. Se pesan $4,742\,\text{g}$ de sulfato de níquel(II) hidratado, de fórmula $\mathrm{NiSO_4 \times } x\,\mathrm{H_2O}$. Tras someter el sólido a calentamiento prolongado a $280\,^\circ\text{C}$ en atmósfera seca hasta pesada constante, se obtiene un residuo anhidro de $\mathrm{NiSO_4}$ cuya masa es de $2,788\,\text{g}$.

Datos de masas atómicas relativas: $\mathrm{H} = 1,008$; $\mathrm{O} = 16.00$; $\mathrm{S} = 32.06$; $\mathrm{Ni} = 58.69$.

1. a) Calcula la cantidad de sustancia (en moles) de sal anhidra y de agua desprendida, deduciendo el valor del coeficiente entero de hidratación $x$.
2. b) Escribe la fórmula estequiométrica del compuesto hidratado y nómbralo según la nomenclatura de composición sistemática de la IUPAC para hidratos.

El ácido difosfórico (o pirofosfórico) y el ácido peroxodisulfúrico son oxoácidos condensados de relevancia industrial y analítica.

1. a) Determina el estado de oxidación del átomo central (fósforo y azufre) en las fórmulas moleculares $\mathrm{H_4P_2O_7}$ y $\mathrm{H_2S_2O_8}$, justificando detalladamente la naturaleza de los enlaces puente presentes entre los no metales en cada una de las dos estructuras (puente oxo $-\mathrm{O}-$ frente a puente peroxi $-\mathrm{O-O}-$).
2. b) Formula el peroxodisulfato de potasio, escribe la ecuación ajustada de formación de $\mathrm{H_4P_2O_7}$ por pérdida de agua a partir de dos moléculas de ácido fosfórico, $\mathrm{H_3PO_4}$ e indica qué especies iónicas hidratadas estables coexisten en el medio acuoso al disolver completamente la sal de potasio a $25\,^\circ\text{C}$.

Reto del tema. Control de calidad: ¿cumple tu antiséptico lo que promete?

Imagina que trabajas en un laboratorio de control de calidad y debes validar la concentración de un frasco de agua oxigenada de tu botiquín de casa.

1. Datos y nomenclatura: Consulta la etiqueta de un frasco comercial de agua oxigenada en casa, anota su concentración declarada (en $\%$ en masa o «volúmenes», tomando $d = 1.01\,\text{g/mL}$) y formula y nombra mediante la IUPAC el soluto ($\text{H}_2\text{O}_2$) y los reactivos auxiliares del ensayo.

2. Disolución y mol: Convierte la concentración comercial a molaridad ($M$) y diseña el protocolo técnico para preparar $250\,\text{mL}$ de una disolución diluida $0.050\,\text{M}$, detallando los cálculos estequiométricos de dilución y el material de laboratorio necesario.

3. Volumetría redox: Modela la valoración de $20.0\,\text{mL}$ de tu disolución preparada frente a permanganato de potasio ($\text{KMnO}_4$) $0.020\,\text{M}$ en medio ácido ($\text{H}_2\text{SO}_4$). Ajusta la ecuación iónica global por el método del ion-electrón y calcula el volumen exacto de valorante consumido en el punto de equivalencia.

Elabora un informe técnico breve (máximo dos páginas) con el desarrollo analítico, tus resultados y una valoración crítica sobre la pureza del producto.

Se valorará:

• Corrección y rigor en el lenguaje químico inorgánico y en el ajuste redox ion-electrón.

• Precisión en los cálculos de magnitudes molares, preparación de disoluciones y estequiometría de la valoración.

• Claridad y coherencia metodológica en el diseño del procedimiento experimental.