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, $\mathrm{SO_2}$.

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.